石英晶體微天平原理?

百歐林科技

石英晶體微天平（Quartz Crystal Microbalance，QCM）是一種高靈敏度的質(zhì)量檢測儀器，其基本原理基于石英晶體的壓電效應(yīng)和壓電諧振現(xiàn)象。
壓電效應(yīng)
石英晶體內(nèi)部每個晶格在不受外力作用時呈正六邊形。當(dāng)在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力時，晶格的電荷中心會發(fā)生偏移而極化，從而在晶片相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場；反之，若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產(chǎn)生機(jī)械形變。
壓電諧振
如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片會產(chǎn)生機(jī)械振動，同時晶片的機(jī)械振動又會產(chǎn)生交變電場。當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅會明顯加大，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。此時，電路的振蕩頻率等于石英晶體振蕩片的諧振頻率。
質(zhì)量檢測
當(dāng)在晶體表面上鍍一層薄膜時，晶體的振動會減弱，這種振動或頻率的減少是由薄膜的厚度和密度決定的。因此，可以通過測量頻率的變化來檢測晶體表面質(zhì)量的變化。根據(jù)Sauerbrey公式，QCM的諧振頻率變化與外加質(zhì)量成正比。
耗散因子
耗散型石英晶體微天平（QCM-D）不僅可以檢測頻率變化，還可以測量耗散因子（D）。耗散因子是指當(dāng)驅(qū)動石英晶體振蕩的電路斷開后，晶體頻率降低到0的時間快慢。它是分析吸附在傳感器表面的分子層狀態(tài)（包括質(zhì)量、厚度和結(jié)構(gòu)性質(zhì)如粘彈性）的重要參數(shù)。
石英晶體微天平利用這些原理，能夠?qū)崿F(xiàn)對極小質(zhì)量變化的高精度檢測，廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

糖漬小番茄

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mn8875

感謝你的精彩觀點(diǎn)，希望能聽到更多你的看法！

富貴竹

細(xì)節(jié)決定成敗，樓主分析得很到位。

jiushi

這篇文章的邏輯性很強(qiáng)，讓人一目了然，很有啟發(fā)性。