क्वार्ट्ज क्रिस्टल्स, त्यांच्या अद्वितीय पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावामुळे, असंख्य क्षेत्रांमध्ये महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात. त्यांचे ॲप्लिकेशन्स इलेक्ट्रॉनिक्स, कम्युनिकेशन्स आणि एरोस्पेससह उच्च-टेक सेक्टर्सच्या विस्तृत श्रेणीमध्ये आहेत.
1.क्वार्ट्ज क्रिस्टल ऑसिलेटर
क्वार्ट्ज क्रिस्टल ऑसिलेटर क्वार्ट्ज क्रिस्टलचा वापर रेझोनंट फ्रिक्वेंसी-निवडक सर्किटचा गाभा म्हणून करतो. हे ऑसिलेटर क्वार्ट्ज क्रिस्टलचे बारीक तुकडे करून आणि त्यांच्या पृष्ठभागावर मेटल प्लेट्स जोडून तयार केले जाते. त्याचे कार्य तत्त्व व्यस्त पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावावर आधारित आहे: क्वार्ट्ज क्रिस्टल्स वैकल्पिक विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली यांत्रिकपणे कंपन करतात. कारण प्रत्येक क्वार्ट्ज क्रिस्टलमध्ये विशिष्ट नैसर्गिक कंपन वारंवारता असते, जेव्हा लागू विद्युत क्षेत्र या वारंवारतेशी जुळते तेव्हा अनुनाद होतो. हे वैशिष्ट्य क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सला उच्च-परिशुद्धता रेझोनंट वारंवारता-निवडक सर्किट्ससाठी एक आदर्श पर्याय बनवते. क्वार्ट्ज क्रिस्टल ऑसीलेटर्स, त्यांच्या उत्कृष्ट वारंवारता स्थिरतेमुळे, मानक वारंवारता जनरेटर, पल्स काउंटर आणि क्वार्ट्ज घड्याळांसह असंख्य उपकरणांमध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावतात.
2. क्वार्ट्ज क्रिस्टल सूक्ष्म संतुलन
क्वार्ट्ज क्रिस्टल मायक्रोबॅलेन्स (क्यूसीएम) हे एक साधन आहे जे इलेक्ट्रोड पृष्ठभागाच्या वस्तुमानातील बदल मोजण्यासाठी क्वार्ट्ज क्रिस्टलच्या पिझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा वापर करते. 1960 च्या दशकाच्या सुरुवातीपासून ते त्याच्या अत्यंत उच्च संवेदनशीलतेमुळे नॅनोग्राम-स्तर वस्तुमान शोधण्यासाठी एक शक्तिशाली साधन बनले आहे. त्याचे कार्य तत्त्व असे आहे की क्वार्ट्ज क्रिस्टल इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागाच्या वस्तुमानातील बदल हे ऑसिलेशन सर्किटच्या आउटपुट इलेक्ट्रिकल सिग्नलच्या वारंवारता बदलामध्ये रूपांतरित केले जाईल. या प्रक्रियेचे नंतर उच्च-परिशुद्धता मापन परिणाम प्राप्त करण्यासाठी संगणकासारख्या सहायक उपकरणांद्वारे विश्लेषण केले जाते. म्हणून, क्वार्ट्ज क्रिस्टल मायक्रोबॅलेन्स औषध, रासायनिक उद्योग, अन्न, बायोमेडिसिन, पर्यावरण निरीक्षण, उद्योग आणि सैन्य यासारख्या अनेक क्षेत्रात महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते.
3. पायझोइलेक्ट्रिक बायोसेन्सर
(1) पायझोइलेक्ट्रिक इम्युनोसेन्सर
पायझोइलेक्ट्रिक इम्युनोसेन्सरचे कार्य तत्त्व म्हणजे क्वार्ट्ज क्रिस्टलच्या पृष्ठभागावर प्रतिपिंड किंवा प्रतिजन निश्चित करणे आणि प्रतिजन आणि प्रतिपिंड यांच्यातील विशिष्ट आत्मीयता प्रतिक्रिया वापरणे. जेव्हा मोजले जाणारे प्रतिजन किंवा प्रतिपिंड निश्चित ओळखीच्या पदार्थाशी संवाद साधतात आणि विशिष्ट शोषण तयार करतात, तेव्हा क्रिस्टलच्या पृष्ठभागाच्या वस्तुमानाचा भार त्यानुसार वाढतो. सेन्सरच्या वारंवारतेच्या बदलाद्वारे या बदलाचे परीक्षण केले जाऊ शकते, त्याद्वारे शोषलेल्या प्रतिपिंड किंवा प्रतिजनचे प्रमाण निश्चित केले जाऊ शकते.
(2) पायझोइलेक्ट्रिक जनुक सेन्सर
डीएनए शोधण्यासाठी पायझोइलेक्ट्रिक जनुक सेन्सरचे मूलभूत तत्त्व म्हणजे क्रिस्टल पृष्ठभागावर एकल-असलेल्या डीएनए प्रोबचे निराकरण करणे. जेव्हा शोधला जाणारा DNA अनुक्रम त्याला पूरक असतो, तेव्हा चिपवर हायब्रिडायझेशन रिॲक्शन होऊन दुहेरी-स्ट्रँडेड डीएनए तयार होतो. या प्रक्रियेमुळे क्रिस्टल वस्तुमानात वाढ होईल आणि पृष्ठभागाच्या व्हिस्कोइलास्टिकिटीमध्ये बदल होईल. हे बदल सेन्सरची वारंवारता बदलणे आणि नेटवर्क विश्लेषणाद्वारे मोजले जाऊ शकतात.