ISSN 1979-4835
E-ISSN 2721-2335
KAJIAN PERKEMBANGAN TEKNOLOGI SENSOR GAS UNTUK
EMISI GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR
Slamet Widodo Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi.
Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (PPET-LIPI) E-mail: slametwidodo50@gmail.
ABSTRAK
Sensor gas berbasis metal oksida telah banyak digunakan untuk mendeteksi gas-gas polutan yang dihasilkan dan emisi gas buang kendaraan bermotor, seperti CO.
SO2.
NH3 .
NO, hidrokarbon (HC), dsb.
Akan tetapi permasalahan yang sampai sekarang masih dihadapi oleh sensor gas berbasis metal oksida adalah rendahnya sensitivitas, lemahnya selektivitas, dan kurangnya stabilitas sensor.
Oleh karena itu, sangat sulit untuk menghasilkan sebuah sensor gas berbasis metal-oksida yang akurat dan bertahan untuk jangka waktu yang Dalam review yang singkat ini, akan dibahas state-of-the-art teknologi, metode rancang bangun, dan teknik-teknik yang dapat dilakukan dalam meningkatkan kinerja sensor gas berbasis metal oksida.
Kata kunci : pencemaran udara, emisi kendaraan bermotor, sensor gas, metal oksida
PENDAHULUAN
Polusi udara menimbulkan berbagai dampak menimbulkan ekses oksigen dalam sistem negatif baik pada manusia, makhluk hidup lain exhaust dan berakibat pada timbulnya gas maupun lingkungan.
Apa saja dampak yang .
NOx dalam konsentrasi tinggi.
ditimbulkan akibat polusi udara? .
Terutama Teknik monitoring dalam dunia otomotif, monitoring kualitas udara dapat dilakukan menggunakan sensor gas yang sangat penting dilakukan karena beberapa hal diletakkan dalam saluran exhaust kendaraan pertama, emisi gas buang kendaraan bermotor bermotor, atau dengan pemantauan kualitas merupakan sumber utama .
urang lebih 70%) udara luar secara langsung.
Walaupun keduanya pencemaran udara di Indonesia.
membutuhkan sensor dengan spesisifikasi yang Kondisi ini tentunya sangat membahayakan kesehatan manusia dan berpotensi merusak sensitifitas tinggi agar mampu mendeteksi gas- Kedua, udara luar diperlukan sebagai input dalam sistem air conditioning ambang batas minimum.
Selain itu, sensor gas (AC) mobil-mobil terbaru.
Rendahnya kualitas tersebut juga harus selektif, udara luar akibat polusi akan mengganggu mendeteksi jenis gas tertentu diantara beberapa kenyamanan penumpang dalam kabin.
Ketiga, campuran gas.
Dalam beberapa tahun terakhir, sistem mesin diesel moderen berkerja dengan Jurnal Techno-Socio Ekonomika.
Volume 13 No.
1 April 2020
Universitas Sangga Buana YPKP
air-to-fuel
(A/F)
yaitu dapat ISSN 1979-4835
E-ISSN 2721-2335
telah dilakukan sejak tahun 1960 an, yang mekanisme pendeteksian yang didasarkan pada diawali oleh Seiyama .
Akan tetapi, secara sifat-sifat optik, kapasitansi, mass-sensitive, komersial baru dapat diproduksi pada tahun konduksi ion, kalorimeter, dan resistivitas dari 1970 oleh Taguchi.
Sensor Taguchi terbuat dari material yang digunakan.
Diantara jenis-jenis filamen heater dan elektroda dari bahan emas tersebut, yang paling banyak digunakan adalah yang dibungkus dengan lapisan sensitif gas dari sensor gas dengan prinsip perubahan resistivitas bahan SnO2.
Walaupun sampai sekarang sensor menggunakan bahan metal oksida, seperti SnO2.
Taguchi masih banyak tersedia di pasaran.
WO3.
In2O3.
ZnO, dsb.
Sensor gas namun teknologi fabrikasinya yang bersifat berbasis metal oksida memiliki keunggulan tinggi, sekitar 3 Ae 5 W .
memiliki daya tahan yang bagus serta mudah dalam pemeliharaannya .
Namun kelemahan utama dari sensor gas ini terletak pada selektifitasnya yang rendah.
Oleh karena itu, orang mulai menggunakan teknik screen-printing dalam fabrikasi sensor gas berbasis metal oksida.
Dengan screenprinting, elemen heater, elektroda, dan bahan sensitif gas dari metal oksida dapat dilapiskan Oleh karena itu, dalam tulisan ini akan dibahas diatas substrat alumina dengan ukuran yang state-of-the art teknologi, metode rancang lebih kecil, sehingga konsumsi dayanya dapat bangun, dan teknik-teknik yang dapat dilakukan diturunkan menjadi sekitar 200 mW Ae 1 W .
untuk meningkatkan kinerja sensor gas berbasis Keuntungan lain dari digunakannya teknik screen-printing adalah memungkinkan sensor Review ini merupakan bagian dari penelitian rancang bangun sensor gas berbasis serentak, sehingga mengurangi biaya fabrikasi metal oksida yang sedang kami lakukan di per sensornya.
Pusat Penelitian Elektronika Telekomunikasi, dan ditujukan dalam rangka mendapatkan metode rancang bangun yang dengan spesifikasi yang optimum.
Seiring dengan perkembangan teknologi proses semikonduktor dan kebutuhan akan divais yang bersifat portabel, dewasa ini banyak sensor gas yang telah difabrikasi dengan teknik micromachining.
Selain dimensinya menjadi jauh lebih kecil TINJAUAN PUSTAKA screen-printing.
State-of-the-art teknologi tentang penelitian sensor gas berbasis metal oksida sebetulnya memungkinkan sensor gas dibuat diatas Jurnal Techno-Socio Ekonomika.
Volume 13 No.
1 April 2020 Universitas Sangga Buana YPKP (MEM.
ISSN 1979-4835
E-ISSN 2721-2335
membran tipis untuk mengisolasi panas 150 mW .
Dalam Gambar-1 dapat yang dihasilkan oleh elemen heater.
dilihat tipikal sensor gas dengan teknologi Dengan cara ini, konsumsi daya dapat MEMs diatas silikon.
ditekan lebih rendah lagi hingga sekitar 3 - Gambar-1.
Tipikal struktur sensor gas yang difabrikasi menggunakan teknologi MEMs diatas substrat Dimensi divais seperti ini hanya beberapa mm2 dengan konsumsi daya dalam orde mW .
fabrikasi sensor gas menggunakan teknologi METODE Metode rancang bangun sampai saat ini, teknik yang digunakan dalam fabrikasi divais sensor gas dapat dikategorikan dalam dua teknologi, yaitu thick-film dan thin-film.
Dalam teknologi thick-film, proses fabrikasi divais terdiri dari beberapa tahapan sederhana dan diulang sesuai Dalam Gambar-2 dapat dilihat alur tahapan proses yang umum digunakan dalam thick-film.
Inti dari teknologi thick-film adalah proses screen-printing menggunakan pasta lapisan-lapisan menjadi elemen dari sensor.
Kebanyakan proses screen-printing menggunakan substrat dari alumina (Al2O.
, dan ketebalan lapisan yang dihasilkan antara 8 Ae 25 AAm.
Pembuatan sensor gas dengan proses teknologi thick-film ada 9 tahapan seperti berikut ini.
Jurnal Techno-Socio Ekonomika.
Volume 13 No.
1 April 2020
Universitas Sangga Buana YPKP
ISSN 1979-4835
E-ISSN 2721-2335
Gambar-2.
Tahapan proses fabrikasi sensor gas menggunakan teknologi thick-film Teknologi thin-film, dilain pihak, menghasilkan film berbeda dengan thick-film.
Dalam Gambar 3 lapisan dengan ketebalan hanya beberapa mikro dapat dilihat alur proses fabrikasi sensor gas meter .
Ae 2 AA.
Hal ini disebabkan karena menggunakan teknologi thin-film.
Teknologi thin- lapisan yang ditumbuhkan diatas substrat melalui film bisa menggunakan substrat silikon atau proses metalisasi ( menggunakan sputtering atau Pembuatan sensor gas dengan proses evaporas.
, terjadi melalui level atomik atau teknologi thin-film ada 8 tahapan :
Dengan begitu, karakteristik lapisan thin- Jurnal Techno-Socio Ekonomika.
Volume 13 No.
1 April 2020
Universitas Sangga Buana YPKP
ISSN 1979-4835
E-ISSN 2721-2335
Gambar 3.
Tahapan proses fabrikasi sensor gas menggunakan teknologi thin-film Yang sering terjadi adalah kombinasi antara fisik atau kimiawi dari lapisan metal oksida teknologi thick-film dan thin-film.
Sebagai ketika berinteraksi dengan gas.
Untuk tiap contoh, dalam pembentukan lapisan metal konsentrasi gas yang dideteksi, sensitivitas oksida, bahan SnO2 dalam bentuk pasta dapat di didefini sebagai screen-printing thin-film S = (Rg AeR.
/ Ra x 100 % .
dengan substrat silikon .
Dimana Rg adalah resistansi sensor dalam konsentrasi gas saat pengukuran dan Ra
HASIL DAN PEMBAHASAN
Teknik Meningkatkan Kinerja Sensor Untuk mendapatkan sensor gas berbasis metal oksida yang akurat, ada tiga parameter yang selektivitas, dan stabilitas dari sensor tersebut.
resistansi sensor di udara.
Agar sensitivitas sensor dapat maksimal, maka harus digunakan jenis material metal oksida yang paling sesuai dengan gas yang akan dideteksi, dan sensor dioperasikan dengan temperatur yang optimum.
Oleh Sensitivitas sensitivitas harus dilakukann pada seluruh cakupann temperatur kerja sensor, sehingga Sensitivits adalah kemampuan dari sensor bisa ditentukan temperatur optimumnya.
dalam mempersiapkan perubahan sifat-sifat Jurnal Techno-Socio Ekonomika.
Volume 13 No.
1 April 2020
Universitas Sangga Buana YPKP
ISSN 1979-4835
E-ISSN 2721-2335
Sedangkan untuk meningkatkann sensitivitas SnCl4 4NH4OH Sn(OH)4 4 NH4Cl A .
material terhadap gas yang dideteksi dapat dilakukann dengan penggunaan metal oksida Dewasa ini, proses sputtering mulai banyak jenis baru yang lebih sensitif, penggunaan digunakan untuk membentuk lapisan metal material dengan struktur nano, penggunaan Walaupun struktur dari metal oksida yang dilapiskan tergantung pada jenis substrat, katalis/doping, teknologi baru untuk menumbuhkan material.
tetapi menggunakan proses sputtering ketebalan lapisan metal oksida dapat dikendalikan dengan 1 Material metal oksida dengan struktur lebih akurat.
Sensitivitas sensor akan meningkat dengan penggunaan lapisan metal oksida yang Penggunaan materiall dengan struktur nano semakin tipis .
akan memberikan total luas permukaan yang Proses lebih tinggi terhadap gas.
Karena mekanisme dapat digunakan untuk menghasilkan partikel interaksi antara sensor dengan gas hanya terjdi berukuran nanometer dari serbuk metal oksida di permukaan dari butiran partikel metal oksida, .
Ukuran partikel yang dihasilkan sangat maka penggunaan material nano jelas akan ditentukan oleh kecepatan rotasi dan waktu meningkatkan sensitivitas sensor .
Teknik yang digunakan, tetapi umumnya berkisar yang banyak digunakan untuk menghasilkan antara 20 Ae 30 nm.
mekanik seperti planetary-ball-mill materal metal oksida dalam struktur nano adalah melalui proses sol-gel, sputtering, atau milling .
2 Peran katalis / doping Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa Dalam proses sol-gel, senyawa klorit yang penambahan aditif, baik dari bahan logam mulia berisi metal seperti Sn.
Ti atau In, direaksikan (Pt.
Pd.
Au.
maupun metal oksida transisi, dapat meningkatkan sensitivitas material metal mendapatkan endapan metal hidroksida .
oksida terhadap gas-gas tertentu .
Seperti Setelah dikeringkan dengan temperatur sekitar ditunjukkan dalam Gambar 4, unsur-unsur aditif 60 C, akan dihasilkan gel yang kemudian ini dapat merubah sifat-sifat dari metal oksida dikalsinasi untuk mendapatkan material dalam fasa nano.
Secara umum proses sol-gel untuk komposisi fase, komposisi elemen, konsentrasi mendapatkan SnO2 dapat dituliskan sebagai pembawa muatan bebas, ukuran partikel, dan arsitektur permukaan.
Oleh karena itu, selain meningkatkan sensivitas, penambahan adititif juga dapat meningkatkan selektivitas dan Jurnal Techno-Socio Ekonomika.
Volume 13 No.
1 April 2020
Universitas Sangga Buana YPKP
ISSN 1979-4835
E-ISSN 2721-2335
response-time, serta menurunkan temperatur proses pembentukannya, dengan komposisi kerja sensor.
kurang dari 5 % berat.
Aditif dicampurkan dengan material dasar pada saat Gambar-4 Parameter yang dapat berubah karena doping pada saat pembentukan material metal oksida.
Selektivitas Selektevitas adalah kemampuan sensor dalam membedakan gas yang satu diantara campuran beberapa gas.
Sebagaimana diketahui, sensor Jurnal Techno-Socio Ekonomika.
Volume 13 No.
1 April 2020 Universitas Sangga Buana YPKP gas berbasis metal oksida, kemungkinan bisa terjadi bahwa jenis gas dan konsentrasi yang berbeda bisa menghasilkan nilai konduktivitas yang hampir sama.
ISSN 1979-4835
E-ISSN 2721-2335
Gambar 5.
Pengaruh selektivitas sensor gas hidrogen terhadap CO .
Hal ini disebabkan karena selektivitas sensor Stabilitas adalah parameter yang tergantung pada banyak faktor seperti penyerapan gas di permukaan pemakaian untuk jangka waktu yang lama.
sensor, reaksi kinetik, dan perpindahan elektron Kenyataan yang tidak bisa dihindarii adalah terjadinya perubahann sifat secara perlahan pengukuran setelah Dalam Gambar 5 dicontohkan selektivitas sensor gas H2 terhadap CO.
perubahan temperatur dan atmosfir lingkungan.
Untuk mengatasi hal itu, metode yang dapat dilakukan adalah dengan membuat sensor array, dimana dalam satu divais terdapat dua atau lebih lapisan metal oksida, dengan masingmasing memiliki sensitivitas yang berbeda-beda terhadap gas dalam campuran.
Sinyal yang masing-masing Perubahan ini disebut drift, dan pengaruhnya adalah penurunan sensitivitas sensor terhadap gas-gas dengan konsentrasi rendah.
Drift bisa dikurangi dengan proses kalsinasi terhadap material metal oksida dengan temperatur antara 400 Ae 1000 0C selama 1 Ae 8 jam sebelum sensor digunakan .
kemudian dapat diolah menggunakan semacam jaringan syaraf .
eural networ.
Metode KESIMPULAN ini dikenall dengan istilah hidung elektronik .
, dan telah banyak diterapkan untuk Dalam tulisan ini, telah dibahas state-of-the-art teknologi, metode rancang bangun, dan teknik- makanan, minuman, kosmetik, dan pencemaran lingkungan .
meningkatkan tiga parameter kinerja sensor gas Keberhasilan e-nose tidak hanya tergantung pada teknologi fabrikasi divais sensor, tetapi juga pada tersedianya perangkat lunak untuk rekognisi pattern yang handal.
Selain itu, hal yang perlu diperhatikan adalah meningkatnya Stabilitas selektivitas, dan stabilitas.
Sesuai dengan trend perkembangannya, sensor gas berbasis metal oksida masih akan menjadi subjek menarik dalam penelitian di masa-masa yang akan Selain karena aplikasinya yang makin luas, juga ditunjang oleh perkembangan teknik sintesa dan modifikasi struktur material dalam level nano, yang memungkinkan terjadinya Jurnal Techno-Socio Ekonomika.
Volume 13 No.
1 April 2020
Universitas Sangga Buana YPKP
ISSN 1979-4835
E-ISSN 2721-2335
Selain .
pengolahan sinyal yang mampu memetakan hasil analisa dari sistem multi-sensor juga sangat penting fungsinya untuk mengatasi .
masalah selektivitas sensor.
DAFTAR PUSTAKA