גבישי קוורץ, בשל האפקט הפייזואלקטרי הייחודי שלהם, ממלאים תפקיד חיוני בתחומים רבים. היישומים שלהם משתרעים על מגוון רחב של מגזרי-היי-טק, כולל אלקטרוניקה, תקשורת ותעופה וחלל.
1. מתנדים קריסטל קוורץ
מתנד גביש קוורץ משתמש בגביש קוורץ בתור הליבה של מעגל סלקטיבי-תדר תהודה. מתנד זה נבנה על ידי חיתוך מדויק של גביש קוורץ לפרוסות דקות וחיבור לוחות מתכת למשטחים שלהם. עיקרון הפעולה שלו מבוסס על האפקט הפייזואלקטרי ההפוך: גבישי קוורץ רוטטים בצורה מכנית בהשפעת שדה חשמלי מתחלף. מכיוון שלכל גביש קוורץ יש תדר רטט טבעי ספציפי, תהודה מתרחשת כאשר שדה חשמלי מופעל מתאים לתדר זה. מאפיין זה הופך את גבישי הקוורץ לבחירה אידיאלית עבור מעגלים סלקטיביים-בדיוק גבוה בתדר תהודה-. מתנדי גביש קוורץ, בשל יציבות התדר המצוינת שלהם, ממלאים תפקיד מפתח במכשירים רבים, כולל מחוללי תדרים סטנדרטיים, מוני פולסים ושעוני קוורץ.
2. קוורץ קריסטל מיקרובלאנס
קוורץ קריסטל Microbalance (QCM) הוא מכשיר המשתמש באפקט הפיאזואלקטרי של גביש קוורץ כדי למדוד שינויים במסת פני האלקטרודה. מאז הצגתו בתחילת שנות ה-60, הוא הפך לכלי רב עוצמה לזיהוי מסה ברמת ננוגרמה- בשל הרגישות הגבוהה ביותר שלו. עקרון העבודה שלו הוא שהשינוי במסת פני השטח של אלקטרודת גביש הקוורץ יומר לשינוי תדר של האות החשמלי במוצא של מעגל התנודה. תהליך זה מנותח לאחר מכן על ידי ציוד עזר כגון מחשבים כדי להשיג תוצאות מדידה-בדיוק גבוה. לכן, למיקרומאזן גבישי קוורץ תפקיד חיוני בתחומים רבים כגון רפואה, תעשייה כימית, מזון, ביו-רפואה, ניטור סביבתי, תעשייה וצבא.
3. חיישן ביולוגי פיזואלקטרי
(1) חיישן חיסון פיזואלקטרי
עקרון העבודה של החיישן האימונו-אלקטרי הוא לקבע נוגדנים או אנטיגנים על פני השטח של גביש קוורץ ולהשתמש בתגובת הזיקה הספציפית בין אנטיגן לנוגדן. כאשר האנטיגן או הנוגדן שיימדד יוצר אינטראקציה עם חומר הזיהוי הקבוע ומייצר ספיחה ספציפית, עומס המסה פני השטח של הגביש יגדל בהתאם. ניתן לעקוב אחר שינוי זה על ידי שינוי התדר של החיישן, ובכך לקבוע את כמות הנוגדן או האנטיגן הנספג.
(2) חיישן גנים פיזואלקטרי
העיקרון הבסיסי של חיישן גנים פיזואלקטרי לזיהוי DNA הוא לקבע את בדיקת ה-DNA הבודדת- על פני הגביש. כאשר רצף ה-DNA לזיהוי משלים לו, תגובת הכלאה מתרחשת על השבב ליצירת DNA כפול-. תהליך זה יוביל לעלייה במסת הגביש ולשינויים בצמיגות פני השטח. ניתן למדוד שינויים אלו על ידי שינוי תדר של החיישן וניתוח רשת.