Kristal kuarza, kerana kesan piezoelektrik unik mereka, memainkan peranan penting dalam pelbagai bidang. Aplikasi mereka merangkumi pelbagai sektor teknologi tinggi -, termasuk elektronik, komunikasi, dan aeroangkasa.
1. Quartz pengayun kristal
Pengayun kristal kuarza menggunakan kristal kuarza sebagai inti frekuensi resonan - litar terpilih. Pengayun ini dibina dengan tepat mengiris kristal kuarza ke dalam kepingan nipis dan melampirkan plat logam ke permukaan mereka. Prinsip operasinya adalah berdasarkan kesan piezoelektrik songsang: kristal kuarza bergetar secara mekanikal di bawah pengaruh medan elektrik yang bergantian. Kerana setiap kristal kuarza mempunyai kekerapan getaran semulajadi tertentu, resonans berlaku apabila medan elektrik yang digunakan sepadan dengan kekerapan ini. Ciri ini menjadikan kristal kuarza sebagai pilihan yang ideal untuk tinggi - frekuensi resonan ketepatan - litar terpilih. Pengayun kristal kuarza, kerana kestabilan frekuensi yang sangat baik, memainkan peranan utama dalam pelbagai peranti, termasuk penjana frekuensi standard, kaunter nadi, dan jam kuarza.
2. Microbalance Crystal Quartz
Microbalance Crystal Quartz (QCM) adalah instrumen yang menggunakan kesan piezoelektrik kristal kuarza untuk mengukur perubahan dalam jisim permukaan elektrod. Sejak pengenalannya pada awal 1960 -an, ia telah menjadi alat yang berkuasa untuk pengesanan massa nanogram - kerana kepekaannya yang sangat tinggi. Prinsip kerjanya ialah perubahan jisim permukaan elektrod kristal kuarza akan ditukar menjadi perubahan kekerapan isyarat elektrik output litar ayunan. Proses ini kemudian dianalisis oleh peralatan tambahan seperti komputer untuk mendapatkan hasil pengukuran ketepatan - yang tinggi. Oleh itu, mikroba kristal kuarza memainkan peranan penting dalam banyak bidang seperti perubatan, industri kimia, makanan, bioperubatan, pemantauan alam sekitar, industri dan ketenteraan.
3. Piezoelectric Biosensor
(1) Imunosensor piezoelektrik
Prinsip kerja imunosensor piezoelektrik adalah untuk memperbaiki antibodi atau antigen pada permukaan kristal kuarza dan menggunakan tindak balas pertalian khusus antara antigen dan antibodi. Apabila antigen atau antibodi diukur berinteraksi dengan bahan pengiktirafan tetap dan menghasilkan penjerapan tertentu, beban jisim permukaan kristal akan meningkat dengan sewajarnya. Perubahan ini boleh dipantau oleh perubahan frekuensi sensor, dengan itu menentukan jumlah antibodi atau antigen yang terserap.
(2) sensor gen piezoelektrik
Prinsip asas sensor gen piezoelektrik untuk pengesanan DNA adalah untuk menetapkan satu - probe DNA terkandas pada permukaan kristal. Apabila urutan DNA dikesan adalah pelengkap kepadanya, tindak balas hibridisasi berlaku pada cip untuk membentuk DNA - DNA terkandas. Proses ini akan membawa kepada peningkatan jisim kristal dan perubahan dalam viskoelasticity permukaan. Perubahan ini boleh diukur dengan perubahan kekerapan sensor dan analisis rangkaian.