Los cristales de cuarzo, debido a su efecto piezoeléctrico único, desempeñan un papel vital en numerosos campos. Sus aplicaciones abarcan una amplia gama de sectores de alta-tecnología, incluidos la electrónica, las comunicaciones y el aeroespacial.
1.Osciladores de cristal de cuarzo
Un oscilador de cristal de cuarzo utiliza un cristal de cuarzo como núcleo de un circuito selectivo de frecuencia resonante-. Este oscilador se construye cortando con precisión un cristal de cuarzo en rodajas finas y uniendo placas de metal a sus superficies. Su principio de funcionamiento se basa en el efecto piezoeléctrico inverso: los cristales de cuarzo vibran mecánicamente bajo la influencia de un campo eléctrico alterno. Debido a que cada cristal de cuarzo tiene una frecuencia de vibración natural específica, se produce resonancia cuando un campo eléctrico aplicado coincide con esta frecuencia. Esta característica hace que los cristales de cuarzo sean una opción ideal para circuitos selectivos de frecuencia resonante-de alta-precisión. Los osciladores de cristal de cuarzo, debido a su excelente estabilidad de frecuencia, desempeñan un papel clave en numerosos dispositivos, incluidos generadores de frecuencia estándar, contadores de impulsos y relojes de cuarzo.
2. Microbalanza de cristal de cuarzo
La microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) es un instrumento que utiliza el efecto piezoeléctrico del cristal de cuarzo para medir los cambios en la masa de la superficie del electrodo. Desde su introducción a principios de la década de 1960, se ha convertido en una poderosa herramienta para la detección de masas a nivel de nanogramos-debido a su sensibilidad extremadamente alta. Su principio de funcionamiento es que el cambio en la masa superficial del electrodo de cristal de cuarzo se convertirá en un cambio de frecuencia de la señal eléctrica de salida del circuito de oscilación. Luego, este proceso se analiza mediante equipos auxiliares, como computadoras, para obtener resultados de medición de alta-precisión. Por lo tanto, la microbalanza de cristal de cuarzo juega un papel vital en muchos campos como la medicina, la industria química, la alimentación, la biomedicina, la vigilancia medioambiental, la industria y el ejército.
3. Biosensor piezoeléctrico
(1) Inmunosensor piezoeléctrico
El principio de funcionamiento del inmunosensor piezoeléctrico es fijar anticuerpos o antígenos en la superficie del cristal de cuarzo y utilizar la reacción de afinidad específica entre el antígeno y el anticuerpo. Cuando el antígeno o anticuerpo a medir interactúa con la sustancia de reconocimiento fijada y produce una adsorción específica, la carga de masa superficial del cristal aumentará en consecuencia. Este cambio puede controlarse mediante el cambio de frecuencia del sensor, determinando así la cantidad de anticuerpo o antígeno adsorbido.
(2) Sensor genético piezoeléctrico
El principio básico del sensor genético piezoeléctrico para la detección de ADN es fijar la sonda de ADN monocatenaria-en la superficie del cristal. Cuando la secuencia de ADN a detectar es complementaria a ésta, se produce una reacción de hibridación en el chip para formar ADN bicatenario. Este proceso conducirá a un aumento de la masa cristalina y cambios en la viscoelasticidad superficial. Estos cambios se pueden medir mediante el cambio de frecuencia del sensor y el análisis de la red.