კვარცის კრისტალები, მათი უნიკალური პიეზოელექტრული ეფექტის გამო, მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ მრავალ სფეროში. მათი აპლიკაციები მოიცავს მაღალტექნოლოგიური სექტორების ფართო სპექტრს, მათ შორის ელექტრონიკას, კომუნიკაციებს და აერონავტიკას.
1.კვარცის კრისტალური ოსცილატორები
კვარცის კრისტალური ოსცილატორი იყენებს კვარცის კრისტალს, როგორც რეზონანსული სიხშირის-შერჩევითი წრედის ბირთვს. ეს ოსცილატორი აგებულია კვარცის ბროლის თხელ ნაჭრებად დაჭერით და მათ ზედაპირებზე ლითონის ფირფიტების მიმაგრებით. მისი მუშაობის პრინციპი ეფუძნება შებრუნებულ პიეზოელექტრიულ ეფექტს: კვარცის კრისტალები მექანიკურად ვიბრირებენ ალტერნატიული ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ. იმის გამო, რომ თითოეულ კვარცის კრისტალს აქვს კონკრეტული ბუნებრივი ვიბრაციის სიხშირე, რეზონანსი ხდება მაშინ, როდესაც გამოყენებული ელექტრული ველი ემთხვევა ამ სიხშირეს. ეს მახასიათებელი ხდის კვარცის კრისტალებს იდეალურ არჩევანს მაღალი-სიზუსტის რეზონანსული სიხშირის-შერჩევითი სქემებისთვის. კვარცის კრისტალური ოსცილატორები, მათი შესანიშნავი სიხშირის სტაბილურობის გამო, მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ მრავალ მოწყობილობაში, მათ შორის სტანდარტული სიხშირის გენერატორების, პულსის მრიცხველებისა და კვარცის საათებში.
2. კვარცკრისტალური მიკრობალანსი
კვარცის კრისტალური მიკრობალანსი (QCM) არის ინსტრუმენტი, რომელიც იყენებს კვარცის კრისტალის პიეზოელექტრიულ ეფექტს ელექტროდის ზედაპირის მასის ცვლილებების გასაზომად. 1960-იანი წლების დასაწყისში დანერგვის შემდეგ, იგი გახდა ძლიერი ინსტრუმენტი ნანოგრამების- დონის მასის გამოვლენისთვის მისი უკიდურესად მაღალი მგრძნობელობის გამო. მისი მუშაობის პრინციპია, რომ კვარცის ბროლის ელექტროდის ზედაპირის მასის ცვლილება გარდაიქმნება რხევის წრედის გამომავალი ელექტრული სიგნალის სიხშირის ცვლილებად. ეს პროცესი შემდეგ ანალიზდება დამხმარე აღჭურვილობით, როგორიცაა კომპიუტერები, რათა მივიღოთ მაღალი-სიზუსტის გაზომვის შედეგები. მაშასადამე, კვარცის კრისტალური მიკრობალანსი სასიცოცხლო როლს ასრულებს ბევრ სფეროში, როგორიცაა მედიცინა, ქიმიური მრეწველობა, საკვები, ბიომედიცინა, გარემოს მონიტორინგი, მრეწველობა და სამხედრო.
3. პიეზოელექტრული ბიოსენსორი
(1) პიეზოელექტრული იმუნოსენსორი
პიეზოელექტრული იმუნოსენსორის მუშაობის პრინციპია კვარცის ბროლის ზედაპირზე ანტისხეულების ან ანტიგენების დაფიქსირება და ანტიგენსა და ანტისხეულს შორის სპეციფიური აფინურობის რეაქციის გამოყენება. როდესაც გასაზომი ანტიგენი ან ანტისხეული ურთიერთქმედებს ფიქსირებულ ამომცნობ ნივთიერებასთან და წარმოქმნის სპეციფიკურ ადსორბციას, ბროლის ზედაპირული მასის დატვირთვა შესაბამისად გაიზრდება. ამ ცვლილების მონიტორინგი შესაძლებელია სენსორის სიხშირის ცვლილებით, რითაც განისაზღვროს ადსორბირებული ანტისხეულის ან ანტიგენის რაოდენობა.
(2) პიეზოელექტრული გენის სენსორი
პიეზოელექტრული გენის სენსორის ძირითადი პრინციპი დნმ-ის აღმოჩენისთვის არის კრისტალური ზედაპირზე ერთჯაჭვიანი დნმ-ის ზონდის დაფიქსირება. როდესაც გამოსავლენი დნმ-ის თანმიმდევრობა მას ავსებს, ჩიპზე ჰიბრიდიზაციის რეაქცია ხდება ორჯაჭვიანი დნმ-ის წარმოქმნის მიზნით. ეს პროცესი გამოიწვევს კრისტალური მასის ზრდას და ზედაპირის სიბლანტის ცვლილებებს. ეს ცვლილებები შეიძლება შეფასდეს სენსორის სიხშირის ცვლილებით და ქსელის ანალიზით.