Cân vi lượng thạch anh nhận lớp bám rất mỏng qua sự đổi tần số ra sao?
Khám phá mở rộng – Vật lý 11
Cân vi lượng thạch anh theo dõi sự thay đổi tần số cộng hưởng của một tinh thể khi bề mặt nhận thêm hoặc mất đi một lớp vật liệu. Nó không cần nhìn thấy lớp ấy dày lên bằng mắt, cũng không hoạt động giống cân lò xo đặt dưới vật.
Rung là tín hiệu thăm dò bề mặt
Nhờ tính áp điện, tinh thể phù hợp có thể được kích dao động bằng tín hiệu điện và được đọc lại qua đáp ứng điện. Khi một lớp bám ghép với chuyển động của tinh thể, tải động học thay đổi và tần số cộng hưởng có thể dịch.
Hình dung một hệ rung bị thêm tải giúp nhớ hướng suy nghĩ. Nhưng QCM có dạng dao động và điều kiện bề mặt riêng; không thể lấy mọi kết quả của một chiếc âm thoa dán vật nặng làm công thức cho thiết bị.
Khi nào dịch tần có thể coi như thước đo khối lượng?
Quan hệ Sauerbrey liên hệ dịch tần với khối lượng thêm trên đơn vị diện tích khi lớp đủ mỏng, cứng và bám chặt trong những giả định phù hợp. Trong miền ấy, nhận thêm tải thường làm tần số giảm.
Điều kiện đi kèm quan trọng không kém tên công thức. Một lớp trượt trên bề mặt hoặc mềm, tiêu tán mạnh có thể không tuân theo cách quy đổi đơn giản.
Trong chất lỏng, thứ đang rung không chỉ là lớp khô
Chất lỏng sát bề mặt cũng tương tác với dao động. Một lớp mềm có thể kéo theo nước và tạo tổn hao nhớt đàn hồi. Vì vậy, khối lượng suy từ đáp ứng âm học không nhất thiết bằng khối lượng khô của các phân tử đã bám.
Các phép đo bổ sung về suy giảm dao động hoặc nhiều mode giúp phân tích trong cấu hình thích hợp. Nhiệt độ và đặc tính chất lỏng cũng cần được kiểm soát trước khi quy mọi thay đổi cho một chất đang hấp phụ.
Hiểu lầm: cứ tần số giảm là biết chính xác có thêm bao nhiêu gam chất khô, không cần hỏi lớp ấy mềm hay cứng.
Ghi nhớ: bề mặt đổi làm cộng hưởng đổi; mô hình tải nối dịch tần với đại lượng muốn biết; giả định của mô hình quyết định kết luận có đáng tin hay không.
Đọc thêm
- Vì sao đồng hồ thạch anh giữ nhịp bằng một tinh thể?
- Cân điện tử nhận biết khối lượng từ một biến dạng rất nhỏ ra sao?