無(wú)論是實(shí)驗還是工業(yè)中，都需要天平進(jìn)行測量工作，而石英晶體微天平作為一款測試精度非常高的測量天平，在一些細微的測量工作中起到了非常重要的作用。那么我們就來(lái)看下石英晶體微天平的一些知識。
 

　　關(guān)于石英晶體微天平
 

　　石英晶體微天平(Quartz Crystal Microbalance，QCM)的發(fā)展始于上世紀60年代初期，它是一種非常靈敏的質(zhì)量檢測儀器，其測量精度可達納克級，比靈敏度在微克級的電子微天平高1000 倍，理論上可以測到的質(zhì)量變化相當于單分子層或原子層的幾分之一。石英晶體微天平利用了石英晶體的壓電效應，將石英晶體電極表面質(zhì)量變化轉化為石英晶體振蕩電路輸出電信號的頻率變化，進(jìn)而通過(guò)計算機等其他輔助設備獲得高精度的數據。
 

　　石英晶體微天平的原理
 

　　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：石英晶體內部每個(gè)晶格在不受外力作用時(shí)呈正六邊形，若在晶片的兩側施加機械壓力，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)生機械變形，這種物理現象稱(chēng)為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會(huì )產(chǎn)生機械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機械振動(dòng)又會(huì )產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在一般情況下，晶片機械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)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(shí)，振幅明顯加大，這種現象稱(chēng)為壓電諧振。它其實(shí)與LC回路的諧振現象十分相似：當晶體不振動(dòng)時(shí)，可把它看成一個(gè)平板電容器稱(chēng)為靜電電容C，一般約幾個(gè)PF到幾十PF;當晶體振蕩時(shí)，機械振動(dòng)的慣性可用電感L 來(lái)等效，一般L 的值為幾十mH到幾百mH。由此就構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(guò)主機將測的得諧振頻率轉化為電信號輸出。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定度。
 

　　石英晶體微天平的應用
 

　　石英晶體微天平的其他組成結構在不同型號和規格的儀器中也不盡相同，可根據測量需要選用或聯(lián)用。一般附屬結構還包括振蕩線(xiàn)路、頻率計數器、計算機系統等；另外經(jīng)常加裝一些輔助輸出設備，例如顯示器、打印機等。

　　由于其具有具有結構簡(jiǎn)單、成本低、靈敏度高、測量精度可以達到納克量級的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于化學(xué)、物理、生物、醫學(xué)和表面科學(xué)等領(lǐng)域中，用以進(jìn)行氣體、液體的成分分析以及微質(zhì)量的測量、薄膜厚度及粘彈性結構檢測等。它的在線(xiàn)跟蹤檢測微觀(guān)過(guò)程的變化，獲取豐富的在線(xiàn)信息的優(yōu)點(diǎn)，是其他方法*的。這項技術(shù)以其簡(jiǎn)便、快捷、靈敏度高、在線(xiàn)跟蹤等優(yōu)勢，必將與其他技術(shù)結合成為微觀(guān)過(guò)程與作用機理研究，微量、痕量物質(zhì)的檢測等方面十分有效的手段，獲得廣泛應用。