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Concept
Microbalance à quartz
Résumé
Une microbalance à quartz est un cas particulier de microbalance piézoélectrique dans lequel le matériau piézoélectrique utilisé est le quartz. Elle est classiquement réalisée en déposant deux électrodes conductrices de part et d'autre d'un substrat piézoélectrique.
Le principe de base de la microbalance est la perturbation des conditions aux limites d'un résonateur : dans le cas de la microbalance à quartz, il s'agit de l'épaisseur effective du substrat dans laquelle est confinée l'onde acoustique. En déposant un matériau (polymère, protéines, métal) sur une microbalance, l'épaisseur vue par l'onde acoustique est augmentée de l'épaisseur de cette couche et la fréquence de résonance du dispositif est décalée puisque Δf/f=Δh/h avec f la fréquence de résonance du dispositif et h l'épaisseur de confinement de l'onde. Dans la théorie la plus grossière proposée initialement par Sauerbrey, la couche additionnelle est supposée avoir les mêmes propriétés mécaniques que le substrat. De nombreux modèles ont depuis été développés pour tenir compte de la différence d'impédance acoustique du multicouches, de la viscosité ou la rugosité du substrat.
La sensibilité de la microbalance et sa capacité à mesurer des masses de quelques vient d'une part des très faibles pertes acoustiques dans le quartz qui confèrent au dispositif un facteur de qualité élevé (quelques dizaines de milliers dans l'air, quelques milliers en phase liquide), et d'autre part de notre capacité à mesurer avec une très grande précision la fréquence d'oscillation d'un tel dispositif (la fréquence est la quantité physique qui se mesure avec la plus grande précision). Bien que le principe de perturber un résonateur de facteur de qualité élevé pour en faire un capteur sensible se généralise à un grand nombre de dispositifs, le choix du substrat piézoélectrique confère au système global une taille réduite et un signal électrique facile à générer et traiter.
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