阻抗型石英晶體微天平的基本原理和構(gòu)造應(yīng)用

更新時(shí)間：2019-06-16

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阻抗型石英晶體微天平是一種利用石英晶片壓電效應(yīng)間接測(cè)試表面重量變化的電化學(xué)測(cè)試技術(shù)。當(dāng)其與電化學(xué)工作站聯(lián)用之后可以用作石英晶體微天平，測(cè)試在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中除電流電壓之外電極界面重量的變化，是電化學(xué)實(shí)驗(yàn)中非常重要的定量表征。

阻抗型石英晶體微天平基本的原理是利用了石英晶體的壓電效應(yīng)：

石英晶體內(nèi)部每個(gè)晶格在不受外力作用時(shí)呈正六邊形，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，會(huì)使晶格的電荷中心發(fā)生偏移而極化，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)；

反之，若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場(chǎng)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。

在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，振幅明顯加大，這種現(xiàn)象稱為壓。

阻抗型石英晶體微天平主要由石英晶體傳感器、信號(hào)收集、信號(hào)檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理等部分組成。石英晶體傳感器則是其核心的構(gòu)件，其基本構(gòu)造是：

從一塊石英晶體上沿著與石英晶體主光軸成35°15'切割得到石英晶體振蕩片。

在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷金層作為電極，石英晶體夾在兩片電極中間形成三明治結(jié)構(gòu)。根據(jù)需要，還可以在金屬電極上有選擇地鍍膜來(lái)進(jìn)一步拓寬其應(yīng)用。

例如，在電極表面加一層具有選擇性的吸附膜，可用來(lái)探測(cè)氣體的化學(xué)成分或監(jiān)測(cè)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行情況；不同金屬及金屬氧/氮化物鍍膜，以及合金鍍層可用來(lái)進(jìn)行金屬腐蝕性能和人工關(guān)節(jié)的排異反應(yīng)研究。而表面修飾生物材料如多肽，生物素等可以讓QCM作為基因傳感器在生物領(lǐng)域的有著廣闊應(yīng)用。