石英晶体微天平VIP专享VIP免费

1石英晶体微天平1.石英晶体微天平的基本原理2.石英晶体微天平在科学研究中应用的基础方程3.石英晶体微天平的应用2石英晶体微天平所谓石英晶体微天平(QuartzCrystalMicrobalance，QCM)主要通过检测物质在石英晶片表面上吸附前后石英晶片共振频率的变化以得到吸附物质的量和一些物理性能。例如对共振频率为5MHz的石英晶片，1Hz的共振频率变化相当于176ng/cm2的被吸附物质质量的变化（假设物质的密度为1g/cm3），若石英晶片的有效检测面积为50mm2，则吸附物质的有效质量约为88ng。石英晶体微天平具有非常高的灵敏度，可以测到纳克范围内的痕量物质质量的变化，因此被广泛地应用于生物、化学传感器以及微量物质在表面的吸附过程研究。石英晶体微天平的基本工作原理基准共振频率：f0高阶共振频率：f=nf0(n=1,3,5,7……)频率变化：f半峰宽变化：14.999014.999515.000015.000515.0010基准频率[MHz]f加载后石英晶：压电晶体U~I电极载荷石英晶片周期性剪切振动有效检测表面反面正面4石英晶体微天平仪器的类型1.QuartzCrystalOscillator2.NetworkAnalysis3.ImpulseExcitation(Ring-down)只测量频率，速度快，灵敏度最高同时得到频率和半峰宽，速度较慢，灵敏度高阻抗仪公司：StanfordResearch，MaxtekInc.公司：ResonanceProbeGmbH公司：Q-Sense（QCM－D）020406080100120140160180f:modulationfrequencyexcitationexcitationtrigger1/(2)1/efreedecayVoltage(ShearAmplitude)Time(ms)5石英晶体微天平020406080100120140160180f:modulationfrequencyexcitationexcitationtrigger1/(2)1/efreedecayVoltage(ShearAmplitude)Time(ms)A(t)=A0e-2tcos(2ft+)Ring-down6石英晶体微天平Qualityfactor(品质因子）:2rfQ12energydissipatedpercycle2EnergystoredinthesystemrDQfDissipation:7石英晶体微天平Equivalentcircuit:Butterworth-vanDykeL1:massC1:elasticcomponentR1:dissipation111i1iCLRZq800iiiloadqsqZvffffZZ(2)Sauerbreyequation:测量薄膜质量mf和厚度df石英晶天平(QCM)(1)Generalequation:0iiifqfqmmffZZ(3)Kanazawaequation:测量牛顿流体的粘度0ii1i2i1qqffZZ石英晶体微天平的应用基础方程(4)其他复杂情况：需能够对应力进行分析=2nf0n:阶数Zload:加载物质的阻抗acousticimpedanceZq:石英晶片的阻抗9石英晶体微天平的可能应用薄膜厚度、质量和力学性能吸附过程，传感器胶体悬浮液粘度界面相互作用100iiifqfqmmffZZ1.Rigidfilm(硬薄膜）2.Softfilm-viscoelasticeffect112.Softfilm-viscoelasticeffect123.Newtonianliquid0ii1i2i1qqffZZ4.Softfilminliquid-viscoelasticeffect00loadqqffiiiZffZZu221fliqfffliqloadZZkdZiZZ22001()1liqloadliqfffqqfZffiiZZZkdffZZZ'''Im1Re1liqffliqffliqfliqffiJJfJiJ134.Softfilminliquid-viscoelasticeffect'''Im1Re1liqffliqffliqfliqffiJJfJiJ05101520250246024(b)J'f(GPa-1)overtoneordern(a)/fx103145.Adsorptionkinetic吸附过程硫醇的吸附动力学过程Pan,W.etal.Langmuir1996,12,4469155.Adsorptionkinetic吸附过程Poly(N-isopropylacrylamide)brush的构象转变科大张广照小组DTB-PNIPAM：可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合合成PNIPAM，末端用dithiobenzoategroups终止；不与金表面发生化学接枝HS-PNIPAM：DTB-PNIPAM水解后的产物，可以与金表面发生化学接枝；分别有短链s-PNIPAM和长链l-PNIPAM水溶液中使用石英晶体微天平来研究聚合物链的动力学石英晶体微天平在大分子的吸附，构象和作用研究方面具有很高灵敏性，聚合物链经-SH基团和金的强烈化学偶合作用化学接枝在镀金的晶片表面，同...