MEMS und Sensoren
Welche Erklärung der Methode, aus der Änderung der Resonanzfrequenz bei Anlagerung von Stoffen an die Oberfläche winziger Biegebalken oder Schwingquarze kleinste Massen zu erfassen, ist korrekt?
- ANimmt die angelagerte Masse zu, steigt die Resonanzfrequenz
- BNimmt die angelagerte Masse zu, sinkt die Resonanzfrequenz, und aus der Änderung wird die Masse bestimmt
- CDie Resonanzfrequenz hat nichts mit der Masse zu tun
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Antwort: B. Nimmt die angelagerte Masse zu, sinkt die Resonanzfrequenz, und aus der Änderung wird die Masse bestimmt
Die Resonanzfrequenz ist proportional zu √(k/m), sodass die Frequenz sinkt, wenn sich ein Stoff anlagert und die Masse m zunimmt; bei kleinen Änderungen gilt Δf/f ≈ −Δm/(2m). Je kleiner und leichter der Schwinger, desto stärker ändert sich die Frequenz bei geringer Massenänderung, und bei Balken im Nanometerbereich lassen sich Massen nahe der eines einzelnen Moleküls erfassen. Die Quarzkristall-Mikrowaage (QCM) wird breit als Schichtdickenmonitor in Aufdampfanlagen verwendet und auch für Gas- und Biomolekülsensoren eingesetzt.