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凱擎東光科普介紹石英晶體微天平（QCM ）儀器

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QCM 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 1000 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。QCM 石英微天平不光可以用于空氣中，同樣也可以用于液體中，所以可以對(duì)固液中的微小質(zhì)量做準(zhǔn)確測(cè)量。QCM 晶體通常使用的是 AT 切割，利用晶體材料的壓電效應(yīng)，當(dāng)電極表面上的附加質(zhì)量增加，振蕩頻率會(huì)降低。諧振器的衰減與被吸附的質(zhì)量成正比。Δm = ? C ·Δf/n。

KOAN 石英晶體的壓電效應(yīng)

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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)械形變，這種物理現(xiàn)象稱(chēng)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(chēng)為壓電諧振。 它其實(shí)與 LC 振蕩電路的諧振現(xiàn)象十分相似。

KOAN 鍍金晶體微天平 QCM 基本的原理

它是利用了石英晶體的壓電效應(yīng)：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(chēng)為壓電諧振。 它其實(shí)與 LC 振蕩電路的諧振現(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(chēng)為靜電電容 C，一般約幾個(gè)皮法到幾十皮法；當(dāng)晶體振蕩時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感 L 來(lái)等效，一般值為幾十毫亨利到幾百毫亨利。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(guò)主機(jī)將測(cè)得的諧振頻率收集并轉(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)，而且可以做得準(zhǔn)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。

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