阻抗型石英晶體微天平的基本原理和構造應用

更新時間：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間接測試表面重量變化的電化學測試技術。當其與電化學工作站聯用之后可以用作石英晶體微天平，測試在電化學反應過程中除電流電壓之外電極界面重量的變化，是電化學實驗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：

石英晶體內部每個晶格在不受外力作用時呈正六邊形，若在晶片的兩側施加機械壓力，會使晶格的電荷中心發生偏移而極化，則在晶片相應的方向上將產生電場；

反之，若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產生機械變形，這種物理現象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產生機械振動，同時晶片的機械振動又會產生交變電場。

在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，這種現象稱為壓。

阻抗型石英晶體微天平主要由石英晶體傳感器、信號收集、信號檢測和數據處理等部分組成。石英晶體傳感器則是其核心的構件，其基本構造是：

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。

在它的兩個對應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構。根據需要，還可以在金屬電極上有選擇地鍍膜來進一步拓寬其應用。

例如，在電極表面加一層具有選擇性的吸附膜，可用來探測氣體的化學成分或監測化學反應的進行情況；不同金屬及金屬氧/氮化物鍍膜，以及合金鍍層可用來進行金屬腐蝕性能和人工關節的排異反應研究。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域的有著廣闊應用。