石英晶體微天平在聚合物薄膜研究中的應用與展望

1、1石英晶體微天平在聚合物薄膜研究中的應用與展望作者：杜濱陽范瀟曹崢郭小磊【摘要】石英晶體微天平儀(QCM)具有高度的靈敏性，能夠對石英晶片表面微痕量物質的變化產(chǎn)生響應，在分析科學研究中廣泛應用。本文闡述了QCM的基本工作原理和應用基礎方程，并在此基礎上綜述了近年來QCM在聚合物薄膜研究中的應用及研究進展，包括QCM對聚合物薄膜的厚度和力學性能的測量、QCM研究聚合物分子鏈在石英晶片表面的吸附過程和鏈構象變化、表面引發(fā)生長聚合物刷的動力學

2、過程、基于功能聚合物薄膜和QCM的生物與化學傳感器等，同時對QCM在聚合物薄膜研究領域的進一步深入應用進行了展望。【關鍵詞】聚合物薄膜石英晶體微天平評述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)，并對其施加外電場，在特定條件下石英晶片會產(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會發(fā)生變化(如圖2)。如果以fref為參比，通過對共振頻率變化(δf)進行分析，

3、就能得到外加載荷的物理3電路振蕩器并聯(lián)，石英晶體等效一個電感與外接的電容C1和C2構成三點式LC振蕩器，通過外接的電容可對頻率進行微調，用頻率計數(shù)器對石英晶體的共振頻率進行讀數(shù)。大部分石英晶體振蕩儀只能測量石英晶體的共振頻率，而不能測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)絡分析儀，通過掃頻的方

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。通過對頻率曲線進行擬合，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δf和δΓ進行分析，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周期性脈沖信號激發(fā)石英晶體產(chǎn)生共振，然后切斷激發(fā)信號，讓振蕩自由衰減，記錄石英晶體振幅隨時間的變化，如圖2B所示。通過方程