This article contains an overview of acoustic wave devices, the theory and application of piezoelectric quartz crystal microbalances(PZ QCM), clinical analysis, gas phase detection, DNA biosensors, drug analysis, food microbial analysis and environmental analysis.
At-cut quartz crystal has been applied as chemical vapour sensors. The responses of quartz crystal at 9 MHz coated with phosphatidylglycerol(PG), phosphatidylinositol(PI), phosphatidylethanolamine(PE), phosphatidylserine(PS), and lipid A(LA) are determined for amyl acetate, acetoin, menthone and other organic gases which showed different affinities for each lipid. The identification of odorants depending on the species of lipid used for coating is discussed in terms of the normalized resonant frequency shift pattern.
Piezoelectric (PZ) crystal biosensor system was used to detect the DNA of food pathogenic Listeria monocytogenes. L. monocytogenes-specific DNA was multiplied via the polymerase chain reaction using LM1 oligonucleotide (5'-TTACGAATTAAAAAGGAGCG-3') and LM2 oligonucleotide (5'-TTAAATCAGCAGGGGTCTTT-3') as primers. DNA fragment of 161 bp, which was specific only for L. monocytogenes, was observed. To obtain a large amount of single-stranded DNA containing an SH group used for coupling to the gold electrode chemisorptively, LM1 oligonucleotide containing a mercaptohexyl group was utilized as a single strand PCR primer. The PCR product was immobilized onto the gold electrode of PZ crystal, and hybridization was monitored in quartz crystal microbalance (QCM) system by injecting the antisense single-stranded DNA of 161 nucleotides obtained via the single strand PCR using the unmodified LM2 primer. Approximately 70 Hz of frequency drop was observed in the QCM system in the case of two consecutive injections of $5{\mu}g$ of the antisense single-stranded DNA.
So far, the design methods of quartz crystal resonator have been developed. Recently, as the electronic package and semiconductor modules become smaller, the need to minimize the sizes of crystal components grows larger. but Minimizing crystal plate sizes has limitations because its temperature-frequency characteristics is worse and unwanted resonances occur. so appropriate design of electrode size and crystal plates is necessary. In this palter, Two-dimensional governing equations for electroded piezoelectric crystal plates with general symmetry have been solved from deduced equations from three-dimensional equations of linear piezoelectricity in most cases. In practice, electroded piezoelectric crystal plates have three-dimensional geometry, so simplified 2-dimensional equations and 2-D modeling are insufficient for explaining its resonance modes and characteristics. So, three-dimensional FEM(finite element method) analysis is done and its effectiveness is verified from analyzing practical crystal resonator model.
Recently rapid progress of electronic and telecommunication technology requires the development of new piezoelectric materials and cellular communication is more and more used in various fields. Langasite(La3Ga5SiO14) is suitable for new piezoelectric properties. Langastie can be applied as communication devices due to intermediate piezoelectric properties which are similar to those of quartz and LiTaO3 in its acoustic characteristics. So in this study Langastie(La3Ga5SiO14) single crystal with 47 mm in diameter and 25mm in length were sucessfully grown by using self-designed Czochralski system. In addition optimum growth conditions for the piezoelectric applications throughout estimation of crystal quality and frequency characteristics were investigated.
Top of the alumina body which is made according to plan has been printed using a screen printer equipment in order to print an electrode pattern. The electrode is connected with the quartz crystal oscillator of the piezoelectricity method which has a piezoelectric characteristic. The pressure contact department has been experimented using three type of the teflon. The teflon is good for pressure delivery vector but it is bad restitution. So we devised the structure which inserts the metal in the teflon. Bottom of the module is connected with the signal processing department which is planned in advance and then has investigated to characteristic. Therefore we have got the best output-voltage and frequency characteristic follows in the pressure.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제13권4호
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pp.171-176
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2012
As langasite $A_3BC_3D_2O_{14}$ compounds with piezoelectric properties exhibit no phase transition up to the melting point of 1,400-$1,500^{\circ}C$, many high temperature applications are expected for the SAW filter, temperature sensor, pressure sensor, and so on, based on the digital transformation of wider bandwidth and higher-bit rates. It has a larger electromechanical coupling factor compared to quartz and also nearly the same temperature stability as quartz. The $La_3Ga_5SiO_{14}$ (LGS) crystal with the $Ca_3Ga_2Ge_4O_{14}$-type crystal structure was synthesized and the crystal structure was analyzed by Mill et al. It is also an important feature that the growth of the single crystal is easy. In the case of three-element compounds such as $[R_3]_A[Ga]_B[Ga_3]_C[GaSi]_DO_{14}$ (R=La, Pr and Nd), the piezoelectric constant increases with the ionic radius of R. In this study, crystal structures of four-element compounds such as $[A_3]_A[B]_B[Ga_3]_C[Si_2]_DO_{14}$ (A = Ca or Sr, B = Ta or Nb) are analyzed by a single crystal X-ray diffraction, and the mechanism and properties of the piezoelectricity depending on the species of cation was clarified based on the crystal structure.
위성체가 작동하는 우주환경인 초고진공상태에서는 각 부품에서 발생 할 수 있는 기체방출로 인해 위성체가 오염되어 위성체의 성능이 저하될 수 있으며, 특히 광학렌즈를 오염시킴으로써 위성체 본연의 임무수행 실패라는 결과를 초래할 수도 있다. 최근 항공우주분야에서 활용 범위가 넓어지고 있는 PZT-5 계열 압전진동자의 위성부품 활용성 연구를 위하여 먼저 Collected Volatile Condensable Material 및 Total Mass Loss을 측정하여 규정된 0.1% 및 1.0% 이하의 값을 얻었고, 한국항공우주연구원에 설치된 베이크아웃(bake-out) 챔버를 이용하여 고온 및 고진공상태에서 500 $ng/cm^2/hr$ 이하의 낮은 Thermoelectric Quartz Crystal Microbalance 값을 얻어 위성체 부품으로의 적합성을 재확인하였다. 압전진동자에 대한 고진공 환경 전후의 압전 특성을 비교 분석한 결과 진공환경에 의한 전기-기계적 특성은 1% 미만으로 큰 변화가 없음을 확인하였다.
한국결정성장학회 1997년도 Proceedings of the 12th KACG Technical Meeting and the 4th Korea-Japan EMGS (Electronic Materials Growth Symposium)
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pp.145-145
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1997
Recent progress of electric technology requires new piezoelectric crystals having superior properties such as zero temperature coefficients and large electromechanical coupling factors. We have developed a series of new leading chandidates, La$_3$Ga5SiO14(langasite, LGS), La3Nb0.5Ga5.5O14(LNG), La3Ta0.5O14(LTG), to satisfy those requirements. High quality LGS, LNG and LTG single crystals, with dimensions of 2 inches in diameter, were successfully grown by the Czochralski method at a pulling rate of 1mm/h. Since no variation of chemical composition was observed when whole melt in a crucible was crystallized, congruency of these compositions was confirmed. Physical constants such as elastic constants, dielectric constants and piezoelectric constants were measured. Filters and oscillators made of grown LGS, LNG and LTG single crystals showed superior properties such as three times wider passband than that of quartz, low insertion loss and easy processing, Langasite family crystals were shown to be superior materials to other known materials such as quartz, LiTaO$_3$, $\alpha$-AlPO$_4$ and Li$_2$B$_4$O7.
Salmonella spp.의 신속한 검출을 위하여 엷은 박막형태의 수정결정을 사용하는 압전류적(piesoelectric) 항체센서 시스템을 개발하고 증류수, 완충용액, 식염용액 등의 여러 매질 중에서 보여주는 진동 특성을 검토하였다. Salmonella spp. 균 구조항원(Common structural antigen)에 대한 항체를 수정결정에 PEI pre-coating, BSA 가교화, 3-APTES silanizaition, protein A와 DTBP thiolation의 5가지 방법에 의해 고정화한 후 항체 센서의 안정성을 살펴보았다. Salmonella 균을 주입하였을 때 Salmonella 균과 수정 결정에 고정화한 항체와의 결함반응에 의해 수정결정의 질량증가와 이에 따른 진동수 감소가 나타났다. 고정화방법 중 protein A와 DTBP를 이용하여 고정화하는 방법이 센서반응을 가장 안정적이고 재현성 있게 나타내줌을 알 수 있었다. $7.45{\times}10^{7}\;CFU/ml$의 Salmonella 균을 반응 cell 내에 주입하였을 때 protein A를 이용한 고정화의 경우 80Hz, DTBP를 이용한 고정화의 경우 283 Hz의 진동수 감소가 나타났으며, 압전류적 항체센서를 이용할 경우 40분 이내에 Salmonella spp.의 검출이 가능하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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