硅酸鑭鎵壓電晶體傳感器的理論與應(yīng)用研究.pdf

1、對(duì)質(zhì)量高度敏感的微天平傳感器的研究始于1959年Sauerbrey的開(kāi)創(chuàng)性工作,其基本原理就是傳感器的諧振頻率隨表面質(zhì)量負(fù)載的增加而線性下降.在過(guò)去的近半個(gè)世紀(jì)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(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ),石英晶體的確具有一系列優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì),但不應(yīng)該成為壓電傳感器唯一的可用材料.材料科學(xué)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(jī),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(kāi)展了傳感器的響應(yīng)特性的研究,具體內(nèi)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(zhì)量負(fù)載、密度和粘度的關(guān)系,結(jié)果顯示硅酸鑭鎵晶體微天平能靈敏地反映電極表面的質(zhì)量變化,質(zhì)量檢測(cè)下限能夠達(dá)到納克量級(jí),雖然頻率.質(zhì)量系數(shù)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(yīng)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(jìn)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(shù).在研究LCM基本性能的基礎(chǔ)上,以LCM為研究手段,研究了血液凝固過(guò)程中傳感器的響應(yīng)曲線.LCM作為一種簡(jiǎn)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(shù)優(yōu)勢(shì),將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用.2、采用所研制的硅酸鑭鎵晶體作為傳感元件,構(gòu)成了一種新型的串聯(lián)式壓電硅酸鑭鎵傳感器(SP

4、LC),通過(guò)分析其等效電路模型,重點(diǎn)討論了該傳感器的諧振頻率與溶液性質(zhì)的關(guān)系及頻率-溫度系數(shù)與溶液性質(zhì)的關(guān)系等.并利用該類傳感器對(duì)溶液電導(dǎo)率和介電常數(shù)的高靈敏度的響應(yīng)的特點(diǎn),將其應(yīng)用于離子液體1-甲基-3-正辛基咪唑六氟磷酸鹽吸附有機(jī)溶劑蒸氣的分析檢測(cè)中,對(duì)于離子液體的導(dǎo)電性和電化學(xué)性能的研究具有極其重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)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?yàn)榇?重點(diǎn)對(duì)電導(dǎo)率和介電

5、常數(shù)等對(duì)離子液體有重要影響的特性進(jìn)行了測(cè)定.采用一種組合型硅酸鑭鎵串聯(lián)式壓電傳感器作為檢測(cè)手段,該傳感器具有頻率穩(wěn)定性好,使用壽命長(zhǎng),靈敏度高等優(yōu)點(diǎn).并且通過(guò)數(shù)據(jù)解析,得到了六種有機(jī)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(cè)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(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常有趣的現(xiàn)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(qiáng)度比基頻諧振峰的強(qiáng)度高1～2個(gè)數(shù)量級(jí),我們稱之為大波.大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),大波對(duì)質(zhì)量響應(yīng)不敏感,但非質(zhì)量因素如電導(dǎo)率等對(duì)其振蕩頻率影響很大,實(shí)驗(yàn)測(cè)量了大波的一些基本性質(zhì),積累了第一手的資料,但是還存有很多疑點(diǎn),有待于進(jìn)一步的研究.當(dāng)我們對(duì)大波的起源和規(guī)律有了比較明確的認(rèn)識(shí)后,這種壓電傳感器的新響應(yīng)模式,將應(yīng)用于新的分析用途,甚至可以聯(lián)合傳感器的基頻和大波兩種響應(yīng)模式的信息,各取所長(zhǎng),為研究界面過(guò)程提