Kremenné kryštály zohrávajú vďaka svojmu jedinečnému piezoelektrickému efektu zásadnú úlohu v mnohých oblastiach. Ich aplikácie pokrývajú širokú škálu špičkových{1}}tech sektorov vrátane elektroniky, komunikácií a letectva.
1. Quartz Crystal Oscilators
Kremenný kryštálový oscilátor používa kremenný kryštál ako jadro rezonančného frekvenčného-selektívneho obvodu. Tento oscilátor je skonštruovaný precíznym krájaním kremenného kryštálu na tenké plátky a pripevnením kovových platní na ich povrchy. Jeho princíp fungovania je založený na inverznom piezoelektrickom efekte: kryštály kremeňa mechanicky vibrujú pod vplyvom striedavého elektrického poľa. Pretože každý kryštál kremeňa má špecifickú prirodzenú vibračnú frekvenciu, rezonancia nastáva, keď aplikované elektrické pole zodpovedá tejto frekvencii. Táto charakteristika robí z kremenných kryštálov ideálnu voľbu pre selektívne obvody s vysokou -precíznou rezonančnou frekvenciou-. Kremenné kryštálové oscilátory hrajú vďaka svojej vynikajúcej frekvenčnej stabilite kľúčovú úlohu v mnohých zariadeniach, vrátane štandardných frekvenčných generátorov, počítadiel impulzov a kremenných hodín.
2. Mikrováhy z kremenného kryštálu
Quartz Crystal Microbalance (QCM) je prístroj, ktorý využíva piezoelektrický efekt kremenného kryštálu na meranie zmien povrchovej hmotnosti elektródy. Od svojho uvedenia na začiatku 60. rokov 20. storočia sa stal výkonným nástrojom na detekciu hmoty na-úrovni nanogramov vďaka mimoriadne vysokej citlivosti. Jeho pracovný princíp spočíva v tom, že zmena povrchovej hmotnosti elektródy z kremenného kryštálu sa prevedie na zmenu frekvencie výstupného elektrického signálu oscilačného obvodu. Tento proces potom analyzujú pomocné zariadenia, ako sú počítače, aby sa získali vysoko presné výsledky merania. Preto mikrováhy z kremenného kryštálu zohrávajú dôležitú úlohu v mnohých oblastiach, ako je medicína, chemický priemysel, potravinárstvo, biomedicína, monitorovanie životného prostredia, priemysel a armáda.
3. Piezoelektrický biosenzor
(1) Piezoelektrický imunosenzor
Princíp fungovania piezoelektrického imunosenzora je fixovať protilátky alebo antigény na povrchu kremenného kryštálu a využívať špecifickú afinitnú reakciu medzi antigénom a protilátkou. Keď antigén alebo protilátka, ktorá sa má merať, interaguje s fixnou rozpoznávacou látkou a vytvára špecifickú adsorpciu, zaťaženie povrchovej hmotnosti kryštálu sa zodpovedajúcim spôsobom zvýši. Táto zmena môže byť monitorovaná zmenou frekvencie senzora, čím sa určí množstvo adsorbovanej protilátky alebo antigénu.
(2) Piezoelektrický génový senzor
Základným princípom piezoelektrického génového senzora na detekciu DNA je fixácia jednovláknovej sondy DNA na povrch kryštálu. Keď je sekvencia DNA, ktorá sa má detegovať, k nej komplementárna, na čipe prebehne hybridizačná reakcia za vzniku dvoj-vláknovej DNA. Tento proces povedie k zvýšeniu kryštálovej hmoty a zmenám povrchovej viskoelasticity. Tieto zmeny možno merať zmenou frekvencie snímača a sieťovou analýzou.