石英晶體微天平教材

物理學院創(chuàng)項目賽作品參國微英晶(QCM)原計天及平機體樣石理設國創(chuàng)答辯董麗君武曉佳劉靜段瓔宸董振余小組成員介紹國創(chuàng)答辯作品簡介選題依據(jù)研究方案創(chuàng)新點、關鍵技術預期目標作品簡介展示內(nèi)容4作品簡介石英晶體微天平

石英晶體微天平（Quartzcrystalmicrobalance）是一種非常靈敏的質(zhì)量檢測儀器，其測量精度可達納克級，比靈敏度在微克級的電子微天平高100倍，理論上可以測到的質(zhì)量變化相當于單分子層或原子層的幾分之一。 石英晶體微天平利用了石英晶體諧振器的壓電特性，將石英晶振電極表面質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為石英晶體振蕩電路輸出電信號的頻率變化，進而通過計算機等其他輔助設備獲得高精度的數(shù)據(jù)。國創(chuàng)答辯前期基礎樣品QCM的微質(zhì)量和溫度測試石英空間結構7.99MHzQCM樣品

符合要求的振蕩波形課題背景作品簡介選題依據(jù)研究方案創(chuàng)新點、關鍵技術預期目標選題依據(jù)PowerPoit2003選題依據(jù)國內(nèi)外狀況分析國內(nèi)：起步階段跟蹤成果研究分散穩(wěn)定性不好國外：相當成熟、商品化、美國的QCM．Research公司的產(chǎn)品用于NASA火星探測車“Sojourner”的太陽能電池板的灰塵厚度，從而及時清理灰塵以免影響太陽能電池板的效率；也有用于檢查太空艙的氣密性，宇宙射線強度等的產(chǎn)品。國內(nèi)外現(xiàn)狀分析選題依據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

美國生產(chǎn)的QCM對于基頻為5MHz的QCM芯片而言,產(chǎn)生1Hz的響應需要的質(zhì)量為20ng,即它的理論質(zhì)量靈敏度>20ng。而對于基頻為27MHz的芯片,產(chǎn)生1Hz的響應需要的質(zhì)量為0.7ng。顯而易見,27MHz比5MHz具有更高的靈敏度,提高了29倍。其前提條件是芯片厚度變得更薄。雖然“降低芯片的厚度,提高芯片的基頻”是提高QCM靈敏度的方法之一,但這對芯片的制備工藝要求極高,目前僅有日本Okahata小組在使用。主流還是基頻為5MHz的QCM芯片。選題依據(jù)

QCM作為一種新型的介微稱重技術，能夠用于高壓等極端實驗條件，如果可以降低芯片的厚度同時提高QCM的靈敏度將會在學術領域產(chǎn)生巨大的影響。

對于快速測量化合物在高壓流體中的靜態(tài)和動態(tài)行為過程、大氣與環(huán)境污染物的監(jiān)測、金屬腐蝕與防護、高分子相變、氣相反應動力學的研究等都具有重要意義。

如果可以降低芯片的厚度同時提高QCM的靈敏度將會在學術領域產(chǎn)生巨大的影響。學術價值10選題依據(jù)應用價值

主要是用來進行微質(zhì)量的測量，精度可以達到納克級，具有靈敏度高,穩(wěn)定性好、通用性高、工作溫度范圍寬、尺寸小、耐振動性能強等優(yōu)點。目前，隨著研究的不斷深入，QCM已經(jīng)被廣泛應用于液相、固相、氣相中進行各種物質(zhì)成分的研究和分析。在生物醫(yī)學，化學，環(huán)境監(jiān)測，航天航空等領域有著廣泛的應用和廣闊的前景和較高的科研價值。國創(chuàng)答辯作品簡介選題依據(jù)研究方案創(chuàng)新點、關鍵技術預期成果研究方案12研究方案研究內(nèi)容從石英晶體內(nèi)部結構，壓電效應，頻率特性，QCM的原理和應用，晶體的振蕩電路等進行研究，全面扎實地掌握石英晶體特質(zhì)對QCM工作的影響。國創(chuàng)答辯研究內(nèi)容研究方案

從石英晶體內(nèi)部結構，壓電效應，頻率特性，QCM的原理和應用，晶體的振蕩電路等進行研究，全面扎實地掌握石英晶體特質(zhì)對QCM工作的影響。

構建數(shù)學模型（構建QCM工作模型及電路仿真模型）進行理論仿真。進行實驗驗證同時尋找并豐富原有理論。研究電路結構，搭載電路并進行試驗，進行石英晶體微天平樣機設計，逐步提高樣機的靈敏度。14研究方案研究目標1.設計電路，達到電路對石英晶體穩(wěn)定的自適應控制降低對QCM晶體厚度的高要求。2.搭載使QCM產(chǎn)生穩(wěn)定頻率的電路，根據(jù)工作原理逐步提高QCM的測量精度。3.做出實現(xiàn)低成本的同時提高石英晶體微天平控制精度的QCM樣機。

15研究方案研究方案

畫電路圖產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件顯示分析結果標注各元件名稱及參數(shù)值標注各元件節(jié)點及節(jié)點編號建立電路輸入文件確定分析類型根據(jù)檢驗報告修改輸入文件執(zhí)行PSPICE仿真程序自檢正確否？修改輸入文件修改電路元件及參數(shù)值結果是否正確？分析結束國創(chuàng)答辯作品簡介選題依據(jù)研究方案創(chuàng)新點、關鍵技術預期目標創(chuàng)新點、關鍵技術創(chuàng)新點、特色1.避開了降低石英晶體厚度來提高測量靈敏度的方法，另辟蹊徑，通過計算機技術進行電路調(diào)整，實現(xiàn)晶體電路自適應控制來提高石英晶體微天平的靈敏度，為實際產(chǎn)品的開發(fā)降低成本。2.從QCM工作基本原理入手，使研究過程精細、全面，保證系統(tǒng)的、可行性、測量的可靠性，有效防止了沿用其他人研究成果導致的理論知識不扎實，測量精度不夠也無從改進的結果。關鍵技術1.精確構建數(shù)學模型和電子線路仿真模型，不忽略任何影響產(chǎn)品精確度的微小因素，使樣機的設計制作變得容易，為實際產(chǎn)品的開發(fā)提供可靠的理論依據(jù)。2.做出可以測量微小質(zhì)量的QCM樣機,。3.電路設計，實現(xiàn)晶體電路的自適應控制?？尚行苑治?.本小組為此次科研活動準備了充足的資料，包括國內(nèi)重點院校的研究成果，本校專業(yè)老師的指導和耐心講解，以及本項目的研究生學長的介紹和樣機展示。對石英晶體微天平的工作原理及結構設計有了一定的了解，對研究方向、步驟都有了很好的把握。2.指導老師在電路研究方面有多年的經(jīng)驗，是本學院電子電氣專業(yè)帶頭人、具有較強的專業(yè)性，曾指導過的許多科研國創(chuàng)小組都取得了優(yōu)秀的科研成果，作為第一作者發(fā)表了許多專業(yè)的學術論文并編寫過電子線路等大學物理專業(yè)課教材。3.我們已經(jīng)通過實驗測得了粉塵質(zhì)量和振蕩頻率的關系，為接下來的研究奠定了良好的基礎。預期目標項目簡介選題依據(jù)研究方案創(chuàng)新點、關鍵技術預期目標可行性分析1.本小組為此次科研活動準備了充足的資料，包括國內(nèi)重點院校的研究成果，本校專業(yè)老師的指導和耐心講解，以及本項目的研究生學長的介紹和樣機展示。對石英晶體微天平的工作原理及結構設計有了一定的了解，對研究方向、步驟都有了很好的把握。2.指導老師在電路研究方面有多年的經(jīng)驗，是本學院電子電氣專業(yè)帶頭人、具有較強的專業(yè)性，曾指導過的許多科研國創(chuàng)小組都取得了優(yōu)秀的科研成果，作為第一作者發(fā)表了許多專業(yè)的學術論文并編寫過電子線路等大學物理專業(yè)課教材。3.我們已經(jīng)通過實驗測得了粉塵質(zhì)量和振蕩頻率的關系，為接下來的研究奠定了良好的基礎?？尚行苑治?.設計出測量精度較高且具有較好穩(wěn)定性的石英晶體微天平樣機一臺。2.預計在項目完成后發(fā)表兩篇相關論文。比賽