石英晶体微天平电学参数获取及在物理吸附上应用

《石英晶体微天平电学参数获取及在物理吸附上应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要石英晶体微天平(QCM)是一种新型的高灵敏度质量传感器，具有精度高、稳定性好、体积小以及结构简单等优点，能在纳米尺度上精确测量质量、粘度和剪切模量等物理参量，被广泛地应用于电化学、生物医学、有机化学、分析化学秘物理学等领域。本论文详细地论述了QCM的基本原理、理论模型、电路实现、网络分析仪测量以及其在物理吸附方面的应用。文中介绍了负载物理·属性对测量结果的影响的模拟计算，讲述了基于频率、电阻及耗散因子的QCM数据采集系统的软硬件设计，给出了网络分撅仪技术用在QCM测量土的实现方案，并在固体表丽的大分子的物理吸附方面取得了很有意义的研究成果。本研究

2、工作的主要创新点在于：1)基予QeM的力学模型和电学模型开展了一系列关于QCM电学响应的模拟计算。计算结果给出了膜的粘弹{鲎和溶液属性对QCM测量结暴的影响，指出了液相中QCM作为质量传感器所带来的测量偏差。2)．分析了QCM驱动电路的重点和难点，给出了一种能测量耗散因子和串联电阻以及串联谐振频率的QCM驱动电路的实现方寨。针对QCM对温度稳定性的苛刻要求设计出了一套智能温度控制系统，温度稳定度极高。‘3)针对此QCM驱动电路，设计出了一套基于USB2．0接口的离速数据采集系统。采用了离速和高精度模数转换技术以及等精度频率测量技术，拥有两路模拟通道，

3、可以同时采集两路QCM模拟数据以便做差分运算和比较分析。对外接口简单，使用方便，具有较高的科研价值和商业价值。4)设计了一套基于网络分析仪的QCM参数测量系统，给如了详细的硬件和软件实现方案，能够方便地获取各种负载环境下晶体各次谐波所对应的QCM电学参数，并通过实验验证了此系统的有效性。此系统功能强大，可测参数多，晶体能工作在很高的能量耗散环境中，可与通用的QCM互补使用。5)用QCM开震了金表面上聚(N一异丙基丙烯酰胺)《PNlpIA鹕的物理吸附实验，结果表明PNIPAM的结构强烈地影响着其在固体表面上的物理吸附。伸张状态下的吸附动力学受分子向吸附

4、底层的扩散所影响，吸附时间常数受溶液的浓度和温度的影响较大。塌缩状态下PNl雅M的吸附时间常数基本上不依赖予温度摘要和浓度。浓度在0一10印p璎的范围内，伸张状态下的烈lPAM只在金表面形成单层吸附膜。而当聚合物转变到塌缩态时，同样的底层上会形成多层膜。关键词：石英晶体微天平网络分折仪模拟计算数据采集物理吸驸ABSTRACTQu8沲C拶Stal姗crobal强ee(QCM)isanew泖eofl弧ic国棚asssens。ll砒ichallowsaccuratemeasurementsofmass，viscos时andshearmodulusonnan

5、o‘scale．Ilhasbeenusedwi如ly濂manyfields，suchaseleetroc董1emistry，biomedieine，o毽粕icchemis锻，a致a蜒ic鑫lche搬istⅨphys沁s，e够，bec瓣seof娃shi馥p豫cision，goodstability，smallsizeandsimplestflJcturc．Inmisthesis，weextensiVelydiscussed锤ebasicprinciple，theoreticalmodeLdrhingandi嫩e程＆ecireu诲，me躺ufemento

6、f珏etwofkanalyZe毛applicatlono薹lphysiso印lio建ofQCM。Wepre∞ntedthesimulatingcalculationabouttheinfIuenceofphysicaIpropemesonmeasul．able1．esuits．’rhedesignof量la磁wareandso萄3删oftheda拓I-aeqllis主tionsys溉lofQCMwas波拄oduced。’rheimplemenlatio娃ofnotwo呔analyzeronQCMme粥urementswaSproposed．Alsow

7、egotsomeinte懈stingresultsaboutthephysiso印tionof勰acromoleculeonsolidsu壤lce．1nourresearch，wedidsOmethingnewasfollows：11BaSedonthemechanicalandelectricalmodel、聪carriedoutaseriesofsimula耄i硼on协eelect

8、lieal糟sp硼seofQCM。The∞su薹熏姒owsthatmeViscoelaSticp∞pcrtiesofadsofptionfilmsalldsoluti

9、onhaveala毽e姻pacton也emeasurableresuhofOCM．Wbcalculatl甜t