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石英晶體微天平的基本原理

更新時(shí)間:2023-06-30 點(diǎn)擊次數(shù):755

  石英晶體微天平-基本原理
  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)象稱為壓電諧振。它其實(shí)與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似:當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí),可把它看成一個(gè)平板電容器稱為靜電電容C,一般約幾個(gè)PF到幾十PF;當(dāng)晶體振蕩時(shí),機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感L來等效,一般L的值為幾十mH到幾百mH。由此就構(gòu)成了石英晶體微天平的振蕩器,電路的振蕩頻率等于石英晶體振蕩片的諧振頻率,再通過主機(jī)將測(cè)的得諧振頻率轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。由于晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關(guān),而且可以做得精確,因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度?! ?/span>
  1959年Sauerbrey在假定外加持量均勻剛性地附著于QCM的金電極表面的條件下,得出了QCM的諧振頻率變化與外加質(zhì)量成正比的結(jié)論。對(duì)于剛性沉積物,晶體振蕩頻率變化△F正比于工作電極上沉積物的質(zhì)量改變△M。通過這一關(guān)系式可得到QCM電極表面的質(zhì)量變化。

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