基于橫向場激勵模式的石英晶體微天平的研究.pdf

1、具有標準電極結構的石英晶體微天平（Quartz crystal microbalance，QCM）已經被廣泛地應用于液相化學傳感器的研究，厚度場激勵（Thickness field excitation，TFE）的檢測機理主要是基于機械負載效應，如粘度、密度和質量等。然而在實際應用中對于液體電特性變化的檢測也是至關重要的，所以傳統(tǒng)的QCM存在很大的局限性?；跈M向場激勵（Lateral field excitation，LFE）的QCM

2、則采用了不同的電極結構，兩個電極分布在石英晶片的同一面，保證了與體聲波(Bulk acoustic wave，BAW)伴隨的電場能夠更多地進入到被測液體中。
　　本文介紹了QCM的基本工作原理，推導了其諧振頻率變化與其表面質量變化的關系;從振動模式、壓電耦合系數(shù)和頻率溫度系數(shù)三方面考慮，解釋了QCM選擇AT切石英晶體的原因。在進行了充分的理論分析之后，提出了一種LFE模式的高頻QCM傳感器，并與流動注射技術相結合，組成了高靈敏度的

3、測試系統(tǒng)。系統(tǒng)的研制主要包括QCM芯片、流通池和振蕩電路的設計與制作。芯片采用“反臺階”式結構，既可以提高質量-頻率靈敏度，又能夠保持機械強度;分析了LFE器件的能陷現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的LFE器件不具有能陷效應，并且提出了一種能產生能陷模的電極結構。設計了一種具有接觸式彈簧針電極的三層式流通池結構，具有裝卸方便、可重復利用等優(yōu)點。分析QCM振蕩電路的基本工作原理，并設計了一種能夠應用于高頻LFE傳感器液相檢測的振蕩電路。最后設計了幾組實驗，

4、研究了QCM傳感器的基本電學特性，以及作為液相檢測和免疫傳感器的性能。對于基本頻率在40MHz左右的高頻QCM芯片，通過阻抗分析儀測試，在空氣里的Q值達到兩萬以上，純水中在一千左右。選用不同濃度的NaCl溶液和甘油水溶液進行實驗，證明了LFE傳感器不僅具有機械特性靈敏度，還具有極高的液體電特性靈敏度。而且本論文采用的是高頻QCM芯片，實驗結果證明高頻LFE石英晶體諧振器測量范圍更廣，靈敏度更高。利用振蕩電路進行了抗原抗體的免疫反應實驗，