硅酸鑭鎵壓電晶體傳感器的理論與應用研究.pdf

1、對質量高度敏感的微天平傳感器的研究始于1959年Sauerbrey的開創(chuàng)性工作,其基本原理就是傳感器的諧振頻率隨表面質量負載的增加而線性下降.在過去的近半個世紀中,微天平傳感器一直沿用Sauerbrey最初選擇的壓電石英晶體,因此石英晶體微天平是這種傳感器的標準術語,石英晶體的確具有一系列優(yōu)異的物理化學性質,但不應該成為壓電傳感器唯一的可用材料.材料科學的迅猛發(fā)展,為研究非石英晶體類壓電傳感器提供了良機,硅酸鑭鎵晶體是一種性能超越石英晶

2、體的新型壓電材料,本論文研制了基于硅酸鑭鎵晶體的壓電傳感器,開展了傳感器的響應特性的研究,具體內容如下:1、采用硅酸鑭鎵晶體為壓電晶體材料,制備出性能優(yōu)異的硅酸鑭鎵晶體微天平(LCM)傳感器,研究了它的振蕩頻率與表面質量負載、密度和粘度的關系,結果顯示硅酸鑭鎵晶體微天平能靈敏地反映電極表面的質量變化,質量檢測下限能夠達到納克量級,雖然頻率.質量系數比石英晶體微天平稍低,為后者的71.1﹪,但其頻率穩(wěn)定性更佳,特別適合在液相中應用.LCM

3、在液相中具有優(yōu)良的振蕩能力,甚至在高粘度的液體中也能進行操作,它的諧振頻率隨溶液粘度和密度乘積的平方根增加而下降.該傳感器在30～50℃的水中具有很低的溫度系數.在研究LCM基本性能的基礎上,以LCM為研究手段,研究了血液凝固過程中傳感器的響應曲線.LCM作為一種簡單、快速、方便的研究界面吸附的手段,在吸附研究中有其技術優(yōu)勢,將得到越來越廣泛的應用.2、采用所研制的硅酸鑭鎵晶體作為傳感元件,構成了一種新型的串聯式壓電硅酸鑭鎵傳感器(SP

4、LC),通過分析其等效電路模型,重點討論了該傳感器的諧振頻率與溶液性質的關系及頻率-溫度系數與溶液性質的關系等.并利用該類傳感器對溶液電導率和介電常數的高靈敏度的響應的特點,將其應用于離子液體1-甲基-3-正辛基咪唑六氟磷酸鹽吸附有機溶劑蒸氣的分析檢測中,對于離子液體的導電性和電化學性能的研究具有極其重要的實際應用價值.3、在多種離子液體中選取了1-甲基-3-正辛基咪唑四氟硼酸鹽和溴代-1-甲基-3-正辛基咪唑為代表,重點對電導率和介電

5、常數等對離子液體有重要影響的特性進行了測定.采用一種組合型硅酸鑭鎵串聯式壓電傳感器作為檢測手段,該傳感器具有頻率穩(wěn)定性好,使用壽命長,靈敏度高等優(yōu)點.并且通過數據解析,得到了六種有機溶劑乙醇、丙酮、環(huán)己烷、四氯化碳、四氫呋喃和乙酸乙酯等在離子液體膜上的吸附量的信息,為測量離子液體的吸附性能提供了一種新的方法,也可用于研制基于離子液體膜的壓電傳感器. 4、在研究硅酸鑭鎵微天平的實驗中發(fā)現了一個非常有趣的現象,即除了基頻振蕩外,在高頻

6、率區(qū)段,還存在著類似于基頻的振蕩譜圖,其強度比基頻諧振峰的強度高1～2個數量級,我們稱之為大波.大量的實驗發(fā)現,大波對質量響應不敏感,但非質量因素如電導率等對其振蕩頻率影響很大,實驗測量了大波的一些基本性質,積累了第一手的資料,但是還存有很多疑點,有待于進一步的研究.當我們對大波的起源和規(guī)律有了比較明確的認識后,這種壓電傳感器的新響應模式,將應用于新的分析用途,甚至可以聯合傳感器的基頻和大波兩種響應模式的信息,各取所長,為研究界面過程提