石英晶体微天平（QCM)质量灵敏度的关键技术研究

The quartz crystal microbalance (QCM) has the nanogram quality detection accuracy, has good frequency stability and surface selectivity, has the advantages of fast, low cost, no marker analysis and real-time online testing, and is now widely used in physical, chemical, biomedical, engineering, agronomy and environmental sciences. However, because its mass sensitivity distribution is not uniform, it is usually Gaussian and the test data is scarce. A small amount of test data is also normalized or relative mass sensitivity, which results in a large number of QCM experiments and studies in various fields. The use of a comparative method, which greatly affects its practical application. This project will proceed from the concept of equivalent mass sensitivity proposed by us, and in-depth study of QCM's mass sensitivity and its distribution in relation to electrode materials, electrode thickness, electrode size, and electrode shape by verifying the test mass sensitivity integrals and verifying the experimental results. Study the conditions of the maximum mass sensitivity and verify the experimental results. Study the conditions for the uniform distribution of the mass sensitivity and verify the key technologies that can overcome the mass sensitivity of the QCM. This is of great significance for QCM better applied to basic research, applied basic research and even applied research in various technical fields.

石英晶体微天平（QCM）具有纳克级的质量检测精度，具有良好的频率稳定度和表面选择性，具有快速、价格低廉、无标记物分析及可实时在线测试等优点，现已广泛应用在物理、化学，生物医学，工程学、农学和环境科学等研究领域。但由于它的质量灵敏度分布是不均匀的，通常为高斯型，而且测试数据匮乏，少量的测试数据也为归一化质量灵敏度或相对质量灵敏度，这导致QCM在各领域的实验和研究中大量的采用了相对比较方法，这大大影响了它的实际应用。本项目将从我们提出的等效质量灵敏度概念出发，通过验证测试质量灵敏度积分这一间接方法深入研究QCM的质量灵敏度及其分布与电极材料，电极厚度，电极尺寸，电极形状的关系并实验验证；研究质量灵敏度最大值的实现条件并实验验证；研究质量灵敏度均一分布的实现条件并实验验证等突破QCM质量灵敏度的关键技术。这对QCM更好的应用于各技术领域的基础研究、应用基础研究甚至应用研究都具有非常重要的意义。

石英晶体微天平(QCM)具有纳克级的质量检测精度，具有良好的频率稳定度和表面选择性，具有快速、价格低廉、无标记物分析及可实时在线测试等优点，现已广泛应用在物理、化学，生物医学，工程学、农学和环境科学等研究领域。本项目从等效质量灵敏度概念出发，对QCM质量灵敏度的关键技术进行深入研究。1）研究了电极材料和电极厚度对QCM质量灵敏度的影响，实现了一种超高质量灵敏度分布并进行了实验验证；2）研究了均一化质量灵敏度的实现条件，通过选择合适的参数实现了环形电极QCM的均一化的质量灵敏度分布并进行了实验验证；3）探索了电极尺寸对最大质量灵敏度的影响，研究了最大质量灵敏度的实现条件并进行了实验验证。除此之外，在项目执行过中还研究了QCM传感器在湿度，凝血及液相参数检测等领域的应用情况。4）探索了BIOCl和纳米金刚石/纤维素纳米晶体的材料制备及其涂覆在QCM传感器的湿敏性能，分析了它们的敏感机制；5）研究了传感器串联对压电石英晶体湿度传感器灵敏度的影响，设计了一种高性能的IDE-QCM湿度传感器，并分析了敏感机制；6）探索了非对称电极QCM传感器对湿度水平、凝血及液相参数的频率响应，发现灵敏度明显比对称电极QCM的灵敏度有明显增强，结合有限元分析和等效电路模型解释了它们的增敏机制。以上结果对QCM更好的应用于各技术领域的基础研究、应用基础研究甚至应用研究都具有非常重要的意义。