石英晶体微天平的技术核心了解

石英晶体微天平是一种非常灵敏的质量检测仪器，其测量精度可达纳克级，比灵敏度在微克级的电子微天平高100倍，理论上可以测到的质量变化相当于单分子层或原子层的几分之一。石英晶体微天平系统主要由电子振荡电路、频率计数器和压电石英晶体3部分组成。石英晶体微天平测量精度为±1.5ppm；小测量为1ng；频率范围大于5MHz；RS232接口。

　　石英晶体微天平利用了石英晶体谐振器的压电特性，将石英晶振电极表面质量变化转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化，进而通过计算机等其他辅助设备获得高精度的数据。石英晶体微天平所具有的高灵敏度和实时测量质量改变的特点使其在化学和生物医学研究领域的应用备受关注。

　　石英晶体微天平主要由石英晶体传感器、信号检测和数据处理等部分组成。石英晶体传感器的基本构成大致是：从一块石英晶体上沿着与石英晶体主光轴成35°15'切割(AT—CUT)得到石英晶体振荡片，在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，石英晶体夹在两片电极中间形成三明治结构。在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器， 石英晶体微天平其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

　　石英晶体微天平的其他组成结构在不同型号和规格的仪器中也不尽相同，可根据测量需要选用或联用。一般附属结构还包括振荡线路、频率计数器、计算机系统等；石英晶体微天平此基础上还包括恒电位仪、电化学池、辅助电极、参比电极等；另外经常加装一些辅助输出设备，例如显示器、打印机等。

　　石英晶体微天平技术的核心是石英晶体传感器，它由石英晶体夹在两片电极中间形成三明治结构。在电极两端加入一个交流电压，在传感器的共振频率处引发一个小的剪切振动，当交流电压关闭后，振动呈指数衰减，这个衰减被记录下来，得到共振频率(f)和耗散因子(D)两个参数。

　　对于薄层硬质薄膜，可根据传感器振动计算吸附层的质量。当沉积的薄膜松散和粘性时，能量通过薄膜上的摩擦被消耗，传感器的振动发生衰减，耗散因子提供了传感器上吸附的薄膜的结构信息。通过使用多个频率和耗散因子数据， 石英晶体微天平可以计算得到质量、厚度、粘度和弹性。