石英晶體微天平在聚合物薄膜研究中的應(yīng)用與展望

1、1石英晶體微天平在聚合物薄膜研究中的應(yīng)用與展望作者：杜濱陽(yáng)范瀟曹崢郭小磊【摘要】石英晶體微天平儀(QCM)具有高度的靈敏性，能夠?qū)κ⒕砻嫖⒑哿课镔|(zhì)的變化產(chǎn)生響應(yīng)，在分析科學(xué)研究中廣泛應(yīng)用。本文闡述了QCM的基本工作原理和應(yīng)用基礎(chǔ)方程，并在此基礎(chǔ)上綜述了近年來(lái)QCM在聚合物薄膜研究中的應(yīng)用及研究進(jìn)展，包括QCM對(duì)聚合物薄膜的厚度和力學(xué)性能的測(cè)量、QCM研究聚合物分子鏈在石英晶片表面的吸附過(guò)程和鏈構(gòu)象變化、表面引發(fā)生長(zhǎng)聚合物刷的動(dòng)力學(xué)

2、過(guò)程、基于功能聚合物薄膜和QCM的生物與化學(xué)傳感器等，同時(shí)對(duì)QCM在聚合物薄膜研究領(lǐng)域的進(jìn)一步深入應(yīng)用進(jìn)行了展望?！娟P(guān)鍵詞】聚合物薄膜石英晶體微天平評(píng)述1引言石英晶片是一種壓電晶體，若在石英晶片兩面鍍上金屬電極(通常為金或銀鍍層，如圖1)，并對(duì)其施加外電場(chǎng)，在特定條件下石英晶片會(huì)產(chǎn)生共振，其共振頻率為fref。在有外加載荷情況下，石英晶片的共振頻率fload會(huì)發(fā)生變化(如圖2)。如果以fref為參比，通過(guò)對(duì)共振頻率變化(δf)進(jìn)行分析，

3、就能得到外加載荷的物理3電路振蕩器并聯(lián)，石英晶體等效一個(gè)電感與外接的電容C1和C2構(gòu)成三點(diǎn)式LC振蕩器，通過(guò)外接的電容可對(duì)頻率進(jìn)行微調(diào)，用頻率計(jì)數(shù)器對(duì)石英晶體的共振頻率進(jìn)行讀數(shù)。大部分石英晶體振蕩儀只能測(cè)量石英晶體的共振頻率，而不能測(cè)量加載物所引起的石英晶體振蕩損耗。只有少數(shù)振蕩儀可同時(shí)提供振蕩儀的電阻信息[10]，從所得的電阻值間接地、定性地分析加載物引起的損耗。2.1.2基于阻抗分析的石英晶體微天平儀主要采用網(wǎng)絡(luò)分析儀，通過(guò)掃頻的方

4、法得到石英晶體的振蕩頻譜，包括振蕩阻抗、振蕩頻率、振幅和峰寬等信息，如圖2A所示。通過(guò)對(duì)頻率曲線進(jìn)行擬合，可以得到加載前后石英晶片共振頻率和半峰寬的變化(δf和δΓ)。對(duì)δf和δΓ進(jìn)行分析，可以得到加載物的物理性能，其中δΓ包含了加載物引起的石英晶體振蕩損耗。2.1.3基于脈沖激發(fā)自由衰減的石英晶體微天平儀主要通過(guò)周期性脈沖信號(hào)激發(fā)石英晶體產(chǎn)生共振，然后切斷激發(fā)信號(hào)，讓振蕩自由衰減，記錄石英晶體振幅隨時(shí)間的變化，如圖2B所示。通過(guò)方程