Els cristalls de quars, pel seu efecte piezoelèctric únic, tenen un paper vital en nombrosos camps. Les seves aplicacions abasten una àmplia gamma de sectors d'alta-tecnologia, com ara l'electrònica, les comunicacions i l'aeroespacial.
1.Oscil·ladors de cristall de quars
Un oscil·lador de cristall de quars utilitza un cristall de quars com a nucli d'un circuit selectiu de freqüència de ressonància-. Aquest oscil·lador es construeix tallant amb precisió un cristall de quars en rodanxes fines i connectant plaques metàl·liques a les seves superfícies. El seu principi de funcionament es basa en l'efecte piezoelèctric invers: els cristalls de quars vibren mecànicament sota la influència d'un camp elèctric altern. Com que cada cristall de quars té una freqüència de vibració natural específica, la ressonància es produeix quan un camp elèctric aplicat coincideix amb aquesta freqüència. Aquesta característica fa que els cristalls de quars siguin una opció ideal per a circuits selectius de freqüència de ressonància d'alta-precisió-. Els oscil·ladors de cristall de quars, a causa de la seva excel·lent estabilitat de freqüència, tenen un paper clau en nombrosos dispositius, inclosos generadors de freqüència estàndard, comptadors de polsos i rellotges de quars.
2. Microbalanç de cristall de quars
Quartz Crystal Microbalance (QCM) és un instrument que utilitza l'efecte piezoelèctric del cristall de quars per mesurar els canvis en la massa de la superfície de l'elèctrode. Des de la seva introducció a principis de la dècada de 1960, s'ha convertit en una eina poderosa per a la detecció de masses a nivell de nanogrames-a causa de la seva sensibilitat extremadament alta. El seu principi de funcionament és que el canvi en la massa superficial de l'elèctrode de cristall de quars es convertirà en un canvi de freqüència del senyal elèctric de sortida del circuit d'oscil·lació. Després, aquest procés és analitzat per equips auxiliars, com ara ordinadors, per obtenir resultats de mesura d'alta-precisió. Per tant, el microbalanç de cristall de quars té un paper vital en molts camps com la medicina, la indústria química, l'alimentació, la biomedicina, la vigilància ambiental, la indústria i l'exèrcit.
3. Biosensor piezoelèctric
(1) Immunosensor piezoelèctric
El principi de funcionament de l'immunosensor piezoelèctric és fixar anticossos o antígens a la superfície del cristall de quars i utilitzar la reacció d'afinitat específica entre l'antigen i l'anticossos. Quan l'antigen o l'anticòs a mesurar interacciona amb la substància de reconeixement fixa i produeix una adsorció específica, la càrrega de massa superficial del cristall augmentarà en conseqüència. Aquest canvi es pot controlar mitjançant el canvi de freqüència del sensor, determinant així la quantitat d'anticossos o antigen adsorbits.
(2) Sensor de gen piezoelèctric
El principi bàsic del sensor de gens piezoelèctrics per a la detecció d'ADN és fixar la sonda d'ADN monocatenària-a la superfície del cristall. Quan la seqüència d'ADN que s'ha de detectar és complementària, es produeix una reacció d'hibridació al xip per formar ADN de doble -cadena. Aquest procés comportarà un augment de la massa del cristall i canvis en la viscoelasticitat superficial. Aquests canvis es poden mesurar mitjançant el canvi de freqüència del sensor i l'anàlisi de la xarxa.