石英压电晶体
石英的压电效应
石英的压电效应石英是一种常见的矿物，它有着很多特殊的物理特性。
其中一个最为著名的特性就是它的压电效应，也就是说它能够在受到机械压力时产生电荷。
这个效应在现代的电子科技中有着广泛的应用，下面我们就来深入了解一下石英的压电效应。
首先我们来了解一下压电效应的基础理论。
在晶体学中我们知道，晶体的结构是由周期性排列的原子构成的。
当晶体受到机械振动时，其原子会发生微小的振动，这些振动会产生电荷。
这就是压电效应的理论基础。
那么石英是如何产生压电效应的呢？石英的晶体结构是由SiO4四面体构成的，这些四面体沿着晶体的方向排列。
在其常见的α石英结构中，四面体的顶点共享O离子，形成双锥体。
在不同的晶体方向上，四面体的排列不同，这也导致了在不同方向上压电效应的强度也不同。
我们知道，当一个石英晶体受到机械压力时，其顶点处的SiO4四面体会振动。
这些振动会导致四面体中的O离子相对于Si离子移动。
这种相对位移会导致晶体中产生电荷，这个电荷就是压电效应的结果。
压电效应产生的电荷符号与晶体振动的方向有关，例如在某些方向上振动时会产生正电荷，而在其相反的方向上则会产生负电荷。
石英的压电效应是有非常广泛的应用的。
首先是在时间测量中。
我们知道，石英可以被用来制作石英钟。
这是因为石英晶体的压电效应可以产生非常稳定的振荡信号。
石英钟中采用的石英晶体是压电石英晶体，在振荡电路中可以将机械振动转换成电信号，从而实现精确测量时间。
另外，石英的压电效应还被广泛应用于传感器中。
例如，压电石英晶体可以应用于负荷传感器中。
当外部的负荷施加石英晶体上时，晶体会受到压力，并产生电荷信号。
通过对电荷信号的测量，我们可以精确的测量出负荷的大小。
此外，石英的压电效应只是其中之一种。
石英还有热释电效应、压强致发光效应等等，这些都是石英独特的物理特性。
因此，我们可以利用这些特性，将石英应用于不同的领域中。
总之，石英的压电效应是一种非常重要的物理现象。
它的应用广泛，从石英钟到传感器，再到医学成像等等，都可以利用到这个效应。
石英晶体微天平物质结构
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• Quartz crystal • 2. Electrode material
ΔF= - 2 F02ΔM/A（q q）1/2
ΔF: Frequency Change of Quartz Crystal; ΔM: Mass Change of the Substance on Electrode
石英晶体微天平（quartz crystal microbalance）是一种非常灵敏的质量检 测器，能够快速、简便和实时检测反应过 程中的质量变化，检测限可达到纳克级 水平，已被广泛应用于基因学、诊断学等 各方面，成为分子生物学和微量化学领域 最有效的手段之一。
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QCM crystal. Grey=quartz, yellow=metallic electrodes.
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当晶体被浸入到溶液中，振荡频率取决于 所使用的溶剂。当覆盖层比较厚时，频率 f 和质量变化 Dm 之间是非线性的，需要 修正。
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当石英晶体振荡与流体接触时，晶体表面 对流体的耦合极大地改变振荡频率，并在 晶体与流体接触面附近产生一剪切振动。 振动表面在流体中产生平流层，它导致 频率与(h)1/2成比例降低，这里和h分别 是流体的密度和粘度。
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而当石英晶体受到电场作用时,在它的某些 方向出现应变，而且电场强度与应变之间 存在线性关系，这种现象称为逆压电效 应。逆压电效应是在电场的作用下，在电 偶极距发生变化的同时产生形变.
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三、石英谐振器的振动模式
石英谐振器是由石英 晶片、电极、支架及 外壳等部分构成。
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１、伸缩振动模式 ２、弯曲振动模式 ３、面切变振动模式 ４、厚度切变振动模式
2、光双晶：同时存在左旋和右旋两个部分连 生在一起。
石英晶体压电常数矩阵 -回复
石英晶体压电常数矩阵-回复石英晶体压电常数矩阵是描述石英晶体压电效应的物理常数矩阵。
在本文中，我们将一步一步回答关于石英晶体压电常数矩阵的问题，并深入探讨其意义和应用。
第一步：什么是石英晶体压电常数矩阵？石英晶体是一种具有压电性质的晶体材料。
压电效应是指当一个晶体受到外加压力时，会产生电荷分离从而产生电势差。
石英晶体压电常数矩阵描述了石英晶体在不同方向上的压电响应。
它是一个3×3的矩阵，其中的元素代表了对应方向上的压电效应。
第二步：石英晶体压电常数矩阵的元素有什么含义？石英晶体压电常数矩阵的元素可以分为主对角线元素和副对角线元素。
主对角线元素代表了石英晶体在不同方向上的压电常数，副对角线元素代表了压电应力与电位差之间的耦合效应。
具体来说，石英晶体压电常数矩阵的元素可以表示为:[ d11 d12 d13 ][ d21 d22 d23 ][ d31 d32 d33 ]其中，d11、d22和d33表示主对角线上的压电常数，它们分别对应于晶体沿着x、y和z轴方向的压电效应。
d12、d13、d21、d23、d31和d32则表示副对角线上的压电常数，它们分别表示了晶体沿着不同轴向的压电强度。
第三步：石英晶体压电常数矩阵的应用领域有哪些？石英晶体压电常数矩阵在许多领域都有重要的应用。
其中一项重要的应用是在压电传感器中。
利用石英晶体的压电效应，可以将机械压力转化为电信号，从而实现压力的测量和监测。
此外，石英晶体压电传感器具有高灵敏度、稳定性和可靠性的特点，在工业自动化、制造业、医疗设备等领域有广泛的应用。
此外，石英晶体压电常数矩阵还在声学领域中发挥着重要作用。
压电晶体在电场作用下会产生声波，而当通过声波作用于压电晶体时，晶体会产生电势差。
这种相互转换的能力使得石英晶体可以用于声学传感器、声波滤波器、压电陶瓷换能器等应用中。
此外，石英晶体压电常数矩阵还在电子学领域中广泛应用。
压电晶体可以被用作振荡器和滤波器中的谐振元件，具有稳定性和高频率特性。
浅析石英晶体的压电效应及应用
D ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ2013 01136大家谈ISCUSSION 浅析石英晶体的压电效应及应用王秋菊摘 要：文章通过对石英晶体结构、特性的描述，详细阐述了其压电效应机理及应用，提出了其存在的问题，介绍了其发展前景。
关键词：石英晶体 压电效应 应用石英是矿物质硅石的一种，化学成分是SiO 2，形状为结晶的六角锥体，是一种物理特性和化学特性都十分稳定的物质。
随着近代科学技术的发展，人们对石英晶体材料进行了广泛的研究，而利用其压电效应研制出的揩振器、传感器等器件，在工业生产及无线电技术中发挥着巨大的作用。
一、石英晶体的压电效应机理 当石英晶体在某个方向受到外力的作用而变形时，其内部就会产生极化现象，同时在其表面会产生极性相反的电荷；当外力消失时，又恢复到不带电状态，当外力方向改变时，电荷极性也随之改变，这种现象称之为压电效应。
反之，当石英晶体受到交变电场作用时，晶体将在一定方向上产生机械变形；当外加电场撤去后，该变形也随之消失。
这种现象称为逆压电效应，也称作电致伸缩效应。
具有压电效应的晶体称之为压电晶体，典型的压电晶体就是石英晶体，压电效应就是在石英晶体中被发现的。
二、石英晶体的应用 1.石英晶体振荡器石英晶体振荡器是使用石英晶体作为谐振选频电路的振荡器。
将石英晶体按一定的角切成薄片，在晶体切片的表面上装上一对金属极板，这样就制成了石英晶体振荡器。
石英晶体振荡器是基于逆压电效应原理制成的。
当石英晶体受到交变电场时，石英晶体便会产生机械振动。
由于石英晶体具有一定的固有振动频率，当外加电场频率等于其固有频率时，便会产生谐振。
这就是石英晶体可以作为谐振选频电路的基本原因。
石英晶体振荡器具有极高的频率稳定度，因而广泛使用于要求频率稳定度高的设备中，例如标准频率发生器、脉冲计数器等。
2.压电式力传感器压电式力传感器是利用石英晶体等压电材料的压电效应制成的一种力敏传感器。
当压电传感器受到外力时，其内部的压电元件在力的作用下发生变形，表面即产生电荷，只要测得其产生的电荷量，就可以得到作用力的大小，这就是压电传感器的基本工作原理。
石英晶体压电效应原理
石英晶体压电效应原理
石英晶体是一种具有压电效应的特殊材料。
压电效应是指在某些晶体材料中，当施加外部压力或电场时，晶体会产生电荷的分离和极化现象。
石英晶体的压电效应原理基于其特殊的晶体结构和分子排列。
石英晶体由硅（Si）和氧（O）原子构成，呈现出六方晶系。
在晶体中，硅和氧原子以希腊字母"α"的形式紧密排列着。
根据晶体的结构，硅原子和氧原子形成了一个三维网状结构，在晶体内部形成了许多平行排列的电偶极子。
当外部施加压力或电场时，这些电偶极子会发生位移和重新排列。
施加压力时，晶体的外形会稍微变形，导致内部电偶极子产生相应的位移。
这个位移会引起电荷的分离，使晶体的两个极性面上分别产生正负电荷。
这种电荷分离现象称为压电效应。
当施加电场时，电场的作用会强迫电偶极子在晶体内部发生重新排列。
电偶极子的位移受到电场方向的控制，产生电荷分离。
这就是电压电效应。
压电效应在实际应用中有着广泛的用途。
例如，石英晶体作为压电传感器能够将压力变化转化为电信号，广泛应用于压力传感器、加速度计等领域。
此外，石英晶体的压电效应还支持液晶电视和电子钟等电子设备的正常工作。
总之，石英晶体的压电效应原理是基于其特殊的晶体结构和分子排列。
通过施加压力或电场，晶体内部的电偶极子会产生位移和重新排列，导致电荷的分离和极化现象。
这种压电效应为许多电子设备和应用提供了重要的功能和效能。
什么是压电晶体
什么是压电晶体？有一类十分有趣的晶体，当你对它挤压或拉伸时，它的两端就会产生不同的电荷。
这种效应被称为压电效应。
能产生压电效应的晶体就叫压电晶体。
水晶（α-石英）是一种有名的压电晶体。
如果按一定方向对水晶晶体上切下的薄片施加压力，那么在此薄片上将会产生电荷。
如果按相反方向拉伸这一薄片，在此薄片上也会出现电荷，不过符号相反。
挤压或拉伸的力愈大，晶体上的电荷也会愈多。
如果在薄片的两端镀上电极，并通以交流电，那么薄片将会作周期性的伸长或缩短，即开始振动。
这种逆压电效应在科学技术中已得到了广泛的应用。
用水晶可以制作压电石英薄片，其面积不过数平方毫米，厚度则只有零点几毫米。
别小看这小小的晶片，它在无线电技术中却发挥着巨大作用。
如前所述，在交变电场中，这种薄片的振动频率丝毫不变。
这种稳定不变的振动正是无线电技术中控制频率所必须的，你家中的彩色电视机等许多电器设备中都有用压电晶片制作的滤波器，保证了图像和声音的清晰度。
你手上戴的石英电子表中有一个核心部件叫石英振子。
就是这个关键部件保证了石英表比其他机械表更高的走时准确度。
装有压电晶体元件的仪器使技术人员研究蒸汽机、内燃机及各种化工设备中压力的变化成为现实。
利用压电晶体甚至可以测量管道中流体的压力、大炮炮筒在发射炮弹时承受的压力以及炸弹爆炸时的瞬时压力等。
压电晶体还广泛应用于声音的再现、记录和传送。
安装在麦克风上的压电晶片会把声音的振动转变为电流的变化。
声波一碰到压电薄片，就会使薄片两端电极上产生电荷，其大小和符号随着声音的变化而变化。
这种压电晶片上电荷的变化，再通过电子装置，可以变成无线电波传到遥远的地方。
这些无线电波为收音机所接收，并通过安放在收音机喇叭上的压电晶体薄片的振动，又变成声音回荡在空中。
是不是可以这样说，麦克风中的压电晶片能“听得见”声音，而扬声器上的压电晶体薄片则会“说话”或“唱歌”。
压电石英晶体ppt课件
机械时代的单摆计时标准有以下问题： （1）计时不准确：时间分辨率（解析率低） 秒的量级； （2）计时不准确：受外加环境影响大--摆的长度变化，热
胀冷缩，一般是摆的下端加调节螺栓达到修正摆的长度 的功能（优势）；机械磨损，手表中的部件使用钻石； （3）机械振动，无法成为电路中的电学量的时间频率标准！
包裹体的数量和尺寸严重降低了晶体的质量，在高频应用 中尤其应该注意。AT切片基频24MHz时的厚度仅70 m， 接近于该尺寸的包裹体将使晶片无法正常工作。
国际电工委员会（IEC）根据包裹体的尺寸和浓度规 定了石英晶体的级别。
每立方厘米中各种包裹体的最大数目
级别
Ia I II III
1030m
级别
1 2 3
3070m
8 16 32
70100m
4 8 16
>100m
1 2 4
位错：石英晶体中常见的位错有三种：一是其轴垂直于c轴的 螺旋位错；而是其轴平行于c轴的刃型位错；三是混合位 错。 因为沿c面生长的晶体（即z区晶体）质量最好，所以 我们主要关心的是平行于c轴的刃型位错。
观测位错一般用x射线形貌相机；也可以用化学腐蚀法揭 示腐蚀隧道，以此作为位错数目的量度。
石英晶体的缺陷和电清洗：
缺陷包括：包裹体、位错、杂质、双晶、蓝针、气泡……
包裹体：晶体浸在折射率相匹配的液体中，由光源的散射 光可以观察到得晶体中的外来物质。包裹体有固体的， 也有液体的。最常见的包裹体为锥辉石，即硅酸铁钠 （NaFeSi2O6）。此外，还有硅酸铝钠（NaAlSiO4）和 硅酸锂（Li2Si2O6）等。包裹体的尺寸大多在100m以下， 个别的达1mm以上。
在压电材料中，石英晶体的压电性时比较弱的！ 人们一直在寻找更强压电性的晶体替代石英晶体： GaPO4, AlPO4, La3Ga5SiO14(LGS)，RCaO4(BO3)3
压电石英晶体
压电石英晶体压电石英晶体是一种特殊的晶体材料，具有压电效应。
它是一种晶体结构紧密、形状规则的石英晶体，在电子技术领域有着广泛的应用。
压电石英晶体具有压电效应，即当施加外力或电场时，能够产生电荷分布不均匀的现象。
这是由于晶体结构中的正负离子位移的非对称性所引起的。
当外力作用在石英晶体上时，晶体中的正负离子会发生位移，形成电荷的分布不均匀。
这个不均匀的电荷分布会导致晶体两端产生电压差，从而形成压电效应。
压电石英晶体具有很多优良的性质，使其在电子技术领域得到广泛应用。
首先，它具有稳定的物理性质和高的机械强度，能够承受较大的压力和振动。
其次，压电石英晶体具有优异的压电系数和压电常数，能够产生较大的电荷输出。
这使得它可以被用作传感器和振荡器等设备中的关键部件。
此外，压电石英晶体还具有较低的温度系数和优秀的频率稳定性，可用于制造高精度的频率控制器和时钟电路。
压电石英晶体在电子设备中的应用非常广泛。
例如，它常被用作振荡器的谐振元件，能够产生稳定的振荡信号。
这对于无线通信系统、计算机、电子钟等设备来说至关重要。
此外，压电石英晶体还可以作为传感器，用于测量压力、温度、加速度等物理量。
在医疗设备、汽车电子、航空航天等领域，压电石英晶体的传感器应用十分广泛。
除了以上的应用领域，压电石英晶体还可以用于声波滤波器、电子滤波器、声表面波器件等电子设备中。
它们利用晶体的压电效应来实现对信号的滤波和处理。
这些设备在通信系统、雷达、无线电等领域中起到了重要的作用。
总结起来，压电石英晶体作为一种具有压电效应的晶体材料，在电子技术领域有着广泛的应用。
它的稳定性、机械强度、压电特性以及频率稳定性等优良性质，使得它成为许多电子设备中不可或缺的关键部件。
随着科技的不断进步，压电石英晶体的应用领域还将不断扩展，为我们的生活带来更多的便利和创新。
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石英晶振压电生物传感器
特点
这种压电传感器稳定性好, 线性度高, 简易、快捷 、价廉、易于实现自动化。通过改变晶体镀层的 吸收物, 可进行多种物质测量,
因此, 其具有可移植性, 有良好的应用前景和巨大 的潜在价值。
石英晶振的压电效应
压电石英晶体生物传感器基本原理
1959年德国物理学家Sauerbrev导出AT切向的压 电石英晶体频率变化△F与晶体表面均匀吸附外 加质量△M的关系，即Sauerbrey方程：
压电基因传感器 压电传感器应用于细胞和微生物研究
△ F=一KF2△M／A 式中， △P一石英晶体的频移；
K一常数，Je2．26×lO～；
F一压电晶体的固有谐振频率(基频)； △M一晶体表面的沉积质量。 A 一涂层面积(cm2）△ F=Fra bibliotekKF2△M／A
不难看出，当外来物沉积于石英晶体表面时，其 质量的变化与谐振频率成正比，从而建立了压电 石英晶体谐振测量技术的理论基础。
压电石英晶体生物传感器的构成
主要由石英晶体、检测振荡电路、信号检测系统 、计算机信号记录处理系统等组成
压电石英晶体生物传感器能否获得稳定的频率信 号，关键在振荡电路能否有效地驱动石英晶体在 谐振频率下振荡。
检测池
传感器检测池的结构对振荡器的性能影响很大，
为了减少阻尼，所设计的QCM检测池采用单面触 液型
无检测池
石英晶片在干燥状态下直接测定待测目标，录敏 度高，稳定性好，但操作耗时，固定物易被洗脱 下来。
应用
一个生物样品检测CO2 浓度的实验, 用来验证该 传感器应用能力,
由图5 可看出传感器对CO2 的响应是可逆的。对 浓度8. 55%的CO2 气体样品, 传感器响应时间为 3min
应用
压电免疫传感器