석영 결정은 독특한 압전 효과로 인해 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다. 이들의 응용 분야는 전자, 통신, 항공우주를 비롯한 광범위한 첨단 기술 분야에 걸쳐 있습니다.-
1. 석영 수정 발진기
수정 발진기는 수정을 공진 주파수-선택 회로의 핵심으로 사용합니다. 이 발진기는 석영 크리스털을 얇은 조각으로 정밀하게 자르고 그 표면에 금속판을 부착하여 구성됩니다. 작동 원리는 역 압전 효과를 기반으로 합니다. 즉, 석영 크리스털은 교류 전기장의 영향으로 기계적으로 진동합니다. 각 수정은 특정 고유 진동 주파수를 갖고 있기 때문에 적용된 전기장이 이 주파수와 일치할 때 공명이 발생합니다. 이러한 특성으로 인해 석영 크리스털은 고정밀-공진 주파수-선택 회로에 이상적인 선택이 됩니다. 석영 크리스털 발진기는 탁월한 주파수 안정성으로 인해 표준 주파수 발생기, 펄스 카운터 및 석영 시계를 포함한 수많은 장치에서 중요한 역할을 합니다.
2. 석영 크리스탈 마이크로밸런스
QCM(Quartz Crystal Microbalance)은 수정의 압전 효과를 사용하여 전극 표면 질량의 변화를 측정하는 기기입니다. 1960년대 초반에 도입된 이후 매우 높은 감도 덕분에 나노그램{2}} 수준의 질량 검출을 위한 강력한 도구가 되었습니다. 작동 원리는 수정 전극의 표면 질량 변화가 발진 회로의 출력 전기 신호의 주파수 변화로 변환된다는 것입니다. 이 프로세스는 컴퓨터와 같은 보조 장비로 분석되어 고정밀 측정 결과를 얻습니다.- 따라서 석영 크리스털 미량 천칭은 의학, 화학 산업, 식품, 생물 의학, 환경 모니터링, 산업 및 군사 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다.
3. 압전 바이오센서
(1) 압전면역센서
압전 면역 센서의 작동 원리는 석영 결정 표면에 항체 또는 항원을 고정하고 항원과 항체 사이의 특이적 친화 반응을 이용하는 것입니다. 측정할 항원이나 항체가 고정된 인식 물질과 상호 작용하여 특정 흡착을 생성하면 그에 따라 결정의 표면 질량 부하가 증가합니다. 이러한 변화는 센서의 주파수 변화로 모니터링하여 흡착된 항체 또는 항원의 양을 결정할 수 있습니다.
(2) 압전 유전자 센서
DNA 검출용 압전 유전자 센서의 기본 원리는 단일-가닥 DNA 프로브를 결정 표면에 고정하는 것입니다. 검출하려는 DNA 서열이 이에 상보적일 때 칩에서 혼성화 반응이 일어나 이중가닥 DNA가 형성됩니다. 이 과정은 결정 질량의 증가와 표면 점탄성의 변화로 이어질 것입니다. 이러한 변화는 센서의 주파수 변화와 네트워크 분석을 통해 측정할 수 있습니다.