Báo cáo Đề tài Vi cân tinh thể Thạch anh QCM

LOGO NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SENSOR VI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SENSOR VI CÂN TINH THỂ THẠCH ANH QCM 5,5 MHz CÂN TINH THỂ THẠCH ANH QCM 5,5 MHz Institute of Engineering Physics – Hanoi University of Technology Báo Cáo QCM Báo Cáo QCM Tổng quan QCM 1 Mô phỏng tính chất QCM 2 Thiết kế và chế tạo QCM 5,5 MHz 3 Kết quả 4 Kết luận 5 QCM và đặc tính nhạy QCM và đặc tính nhạy 1.1 QCM và ứng dụng QCM và ứng dụng 1.2 Tổng quan QCM Tổng quan QCM 1  QCM - Quartz Crystal Microbalance : Vi cân tinh thể thạch anh QCM và đặc tính nhạy Hình: Cấu trúc sensor QCM  Nguyên lí hoạt động của QCM dựa trên hiệu ứng áp điện QCM và đặc tính nhạy Hình: Biến dạng trượt của AT - cut  Khi có điện áp hai bản cực  Biến dạng trượt tạo ra sóng âm TSM (Thickness Shear Mode) theo bề dày tinh thể. QCM và đặc tính nhạy  Dao động của tinh thể sẽ cộng hưởng khi bề dày tinh thể bằng bội số lẻ lần nửa bước sóng âm 2 2 d d N N λ λ = ⇒ = 2 Vq q N v f N d λ = = N : bậc mode (1,3,5…) ν q : vận tốc sóng âm trong quartz d: chiều dày quartz  Tần số cộng hưởng cơ bản: d v f q 2 0 = QCM và đặc tính nhạy  Khối lượng chất hấp thụ trên bề mặt điện cực gây ra dịch tần số cộng hưởng (phương trình G.Sauerbrey): mcf f ∆−=∆ 0 )/2( 2 0 qqf fc ρµ = C f : hệ số nhạy khối lượng; Δf 0 = 1 Hz Δm = 17.7 ng/cm 2  Độ dịch tần số trong môi trường chất lỏng: qq ll ff µπρ ρη 2/3 00 −=∆ (phương trình Kanazawa) QCM và ứng dụng QCM và ứng dụng  Sensor nhạy khí At-cut Quartz Carbon nanotube Điện cực vàng  Sensor đo mật độ, độ nhớt chất lỏng QCM và ứng dụng QCM và ứng dụng  Sensor đo mức độ ô nhiễm không khí và môi trường  Sensor đo mức độ lắng đọng chất hòa tan  Sensor đo bề dày màng mỏng bốc bay  Sensor miễn dịch  Sensor phát hiện DNA, RNA Mô phỏng tính chất cơ QCM Mô phỏng tính chất cơ QCM 2.1 Mô phỏng tính chất điện QCM Mô phỏng tính chất điện QCM 2.2 Mô phỏng tính chất QCM Mô phỏng tính chất QCM 2 [...]... giữ QCM - Vật liệu: Teflon - Giữ QCM ổn định - Kết nối với hệ đo QCM 200 để đo đạc và khảo sát Hình: Hệ đo QCM 200 và bộ gá QCM 4 Kết quả  Kết quả đo QCM chế tạo trong không khí  Tần số hoạt động của QCM 6000000 Tân so (Hz) 5800000 5600000 fo = 5.48 MHz 5400000 5200000 5000000 60 80 100 120 140 160 Thoi gian (s) Đồ thị: Tần số sensor QCM theo thời gian 180 200 220 240 4 Kết quả  Kết quả đo QCM chế... với 5 tải 3 Thiết kế và chế tạo QCM 5,5 MHz  Tính toán độ dày của phiến AT-cut và kích cỡ điện cực QCM: f0 = vq 2d d = 1660/ f0 d = 1660/ 5,5 = 300 μm vq = 3320 m/s  Kích thước tinh thể và điện cực có thể ảnh hưởng đến sự kết cặp của các mode gây nhiễu và mode tuần hoàn 3 Thiết kế và chế tạo QCM 5,5 MHz  Cấu trúc QCM, độ dày của phiến AT-cut và kích cỡ điện cực QCM: lx t d Điện cực lx (mm) Trên... chất điện của QCM  Kết quả Đại lượng QCM tải QCM tải QCM tải QCM tải QCM tải 1 2 3 4 5 fs 5476330 5434720 5389070 5319090 5217250 fp 5476325 5434710 5388890 5313670 5185320 fp-fs 5 10 180 5420 31930 C1/C0 1,86.10-6 3,76.10-6 6,80.10-5 2,07.10-3 0,0123 106926,6 53247,2 2938,37 962 160 Q Bảng: Tần số cộng hưởng song song và tần sô cộng hưởng nối tiếp, tỷ số C1/Co và hệ số phẩm chất Q của QCM với 5 tải... μm 6,5 mm Mô phỏng tính chất cơ QCM  1 2 3 Các bước mô phỏng và kết quả Mô hình hoá linh kiện QCM bề dày tấm AT - cut 300 μm Áp đặt điều kiện biên và tải tác dụng Tính toán Hình : Mô hình QCM bề dày d = 300 μm, đường kính D = 6.5 mm Hình : Chia lưới mô hình QCM bề dày d = 300 μm, đường kính D = 6.5 mm Mô phỏng tính chất cơ QCM  Kết quả Hình: Dao động trượt bề mặt của QCM Tần số : 5.55 MHz Biên độ :... tương đương BVD Bộ cộng hưởng thạch anh  Hình: Mạch tương đương BVD của QCM Màng Mô phỏng tính chất điện của QCM  Giá trị đầu vào QCM AT - cut Độ dày (m) Hằng số điện môi (S4/kg.m3) Hằng số áp điện (S/m2 ) Khối lượng riêng (kg/m3 ) Modul trượt (N/m2 (Pa)) Độ nhớt (kg/m.s ) 300,0 e-6 3,982 e-11 9,53 e-2 2648 2,947 e10 9,2475 e-3 Khối lượng và bề dày màng lắng đọng lên QCM M1 (g/cm2) M2 (g/cm2) M3 (g/cm2)... 9.4073e-6 1.8815e-5 3.2926e-5 Mô phỏng tính chất điện của QCM  Kết quả Đồ thị : Phổ dẫn nạp phức của QCM bề dày AT-cut 300 um Đồ thị : Quan hệ góc pha dẫn nạp của QCM theo tần số dao động đo với 5 khối lượng màng phủ khác nhau Mô phỏng tính chất điện của QCM  Kết quả Đồ thị : Phổ dẫn nạp của QCM cho 5 tải khối lượng khác nhau (phần nét thanh là phổ cho tải lý tưởng, phần nét đậm là cho tải thực)... (1) 13 13 Dưới (2) Hình: Thiết kế QCM Lx (mm) 6.5 6.5 Bảng: Kích thước điện cực QCM 3 Thiết kế và chế tạo QCM 5,5 MHz  Chế tạo MASK: sử dụng Corel Draw M ask 2 M a sk 1 a) b) Hình: Mask chế tạo QCM cấu trúc Planar 5,5 MHz Hình a: Mask 1 điện cực trên (đường kính 13 mm) Hình b: Mask 2 điện cực dưới và phần điện cực liên kết bên (đường kính 6.5 mm) 3 Thiết kế và chế tạo QCM 5,5 MHz  Quy trình chế tạo... điện của QCM  Mục đích: - Xác định tính chất điện của QCM khi có tải lắng đọng trên bề mặt có độ dày khác nhau - Hiệu chỉnh phương trình Sauerbrey cho tải trong môi trường chất lỏng  Sử dụng phần mềm Matlab có độ linh động và tính toán ưu vi t, phù hợp mô tả tính chất này  Đưa ra các kết quả mô phỏng để so sánh với các kết quả đo được của QCM chế tạo cùng cấu trúc Mô phỏng tính chất điện của QCM ... Quy trình chế tạo 4 Kết quả  Kết quả: Tạo được 6 QCM 4 Kết quả  Kết quả đo QCM chế tạo  Phổ dẫn nạp 5,482604 MHz -10 -15 Bien do (dB) -20 -25 -30 -35 -40 5,484169 MHz 5,484169 MHz -45 -50 Hình: Máy đo R37CG Network Analyzer (300 KHz- 3.8 GHz) 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 Tan so (MHz) Hình : Phổ dẫn nạp của sensor QCM planar 5,5 MHz 5.8 4 Kết quả  Kết quả đo QCM chế tạo  Phổ độ dẫn và hệ số Q 5,483387 MHz... Q = 1776 -3 Do dan (10 mS) 2000 1000 500 0 4.90 4.95 5.00 Tan so (MHz) Hình : Đồ thị phổ độ dẫn của QCM thương mại 5.05 5.10 4 Kết quả  Kết quả đo độ dẫn mode bậc cao của QCM chế tạo Mode bậc 3 Mode bậc 5 Hình : Đồ thị phổ độ dẫn các mode bậc cao của QCM 4 Kết quả  Kết quả đo độ dẫn mode bậc cao của QCM chế tạo Mode 1 (mode cơ bản) Mode 3 Mode 5 Mode 7 Tần số CH (MHz) 5,483 16,317 27,3 38,2 Hệ số . LOGO NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SENSOR VI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SENSOR VI CÂN TINH THỂ THẠCH ANH QCM 5,5 MHz CÂN TINH THỂ THẠCH ANH QCM 5,5 MHz Institute of Engineering. tính nhạy 1.1 QCM và ứng dụng QCM và ứng dụng 1.2 Tổng quan QCM Tổng quan QCM 1  QCM - Quartz Crystal Microbalance : Vi cân tinh thể thạch anh QCM và đặc