石英晶體微天平的技術(shù)核心了解

　　石英晶體微天平是一種非常靈敏的質(zhì)量檢測(cè)儀器，其測(cè)量精度可達(dá)納克級(jí)，比靈敏度在微克級(jí)的電子微天平高100倍，理論上可以測(cè)到的質(zhì)量變化相當(dāng)于單分子層或原子層的幾分之一。石英晶體微天平系統(tǒng)主要由電子振蕩電路、頻率計(jì)數(shù)器和壓電石英晶體3部分組成。石英晶體微天平測(cè)量精度為±1.5ppm；小測(cè)量為1ng；頻率范圍大于5MHz；RS232接口。

　　石英晶體微天平利用了石英晶體諧振器的壓電特性，將石英晶振電極表面質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為石英晶體振蕩電路輸出電信號(hào)的頻率變化，進(jìn)而通過(guò)計(jì)算機(jī)等其他輔助設(shè)備獲得高精度的數(shù)據(jù)。石英晶體微天平所具有的高靈敏度和實(shí)時(shí)測(cè)量質(zhì)量改變的特點(diǎn)使其在化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用備受關(guān)注。

　　石英晶體微天平主要由石英晶體傳感器、信號(hào)檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理等部分組成。石英晶體傳感器的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上沿著與石英晶體主光軸成35°15'切割(AT—CUT)得到石英晶體振蕩片，在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，石英晶體夾在兩片電極中間形成三明治結(jié)構(gòu)。在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，石英晶體微天平其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。

　　石英晶體微天平的其他組成結(jié)構(gòu)在不同型號(hào)和規(guī)格的儀器中也不盡相同，可根據(jù)測(cè)量需要選用或聯(lián)用。一般附屬結(jié)構(gòu)還包括振蕩線路、頻率計(jì)數(shù)器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等；石英晶體微天平此基礎(chǔ)上還包括恒電位儀、電化學(xué)池、輔助電極、參比電極等；另外經(jīng)常加裝一些輔助輸出設(shè)備，例如顯示器、打印機(jī)等。

　　石英晶體微天平技術(shù)的核心是石英晶體傳感器，它由石英晶體夾在兩片電極中間形成三明治結(jié)構(gòu)。在電極兩端加入一個(gè)交流電壓，在傳感器的共振頻率處引發(fā)一個(gè)小的剪切振動(dòng)，當(dāng)交流電壓關(guān)閉后，振動(dòng)呈指數(shù)衰減，這個(gè)衰減被記錄下來(lái)，得到共振頻率(f)和耗散因子(D)兩個(gè)參數(shù)。

　　對(duì)于薄層硬質(zhì)薄膜，可根據(jù)傳感器振動(dòng)計(jì)算吸附層的質(zhì)量。當(dāng)沉積的薄膜松散和粘性時(shí)，能量通過(guò)薄膜上的摩擦被消耗，傳感器的振動(dòng)發(fā)生衰減，耗散因子提供了傳感器上吸附的薄膜的結(jié)構(gòu)信息。通過(guò)使用多個(gè)頻率和耗散因子數(shù)據(jù)，石英晶體微天平可以計(jì)算得到質(zhì)量、厚度、粘度和彈性。