什么是耗散?
马林Edvardsson 1921年7月13日 3分钟

什么是耗散?

当谈到石英晶体微天平,即所谓的QCM:s时,人们经常会遇到“耗散”或“阻尼”的概念。在这里,我们将解释这些概念的含义,以及为什么在基于qcm的仪器和环境中是相关的药物的测量

耗散,阻尼和能量损失

术语“耗散”,或“能量耗散”,更准确地说,是指从所研究的系统中损失的能量。一个药物是一个谐振子,像所有现实世界的谐振子一样,它是阻尼的。

一个不受外力强迫振荡的振荡器,振幅会越来越小。最终,振荡会消失。振荡幅度的这种阻尼来自于摩擦损失,例如振荡器本身的内摩擦或周围介质(空气、水等)的摩擦损失。摩擦使振荡能量以热的形式耗散,因此称为耗散。

下载pdf:什么是耗散?为什么耗散很重要?

耗散包含了所研究物质的信息

在QCM的情况下,诱导的能量损失将主要来自与材料接触传感器表面振荡.所有与这个表面接触的物质都会产生能量损失。这种现象在大量液体存在或软膜沉积时尤其明显,例如生物分子或聚合物基层。

振荡过程中,与表面接触的液体和软膜(图1a)会发生变形,导致系统能量损失。另一方面,当传感器表面接触空气或真空时,感应能量损失相对较小。由薄而坚硬的层沉积引起的损失也是如此,图1B。薄层和刚性层在振动过程中不会变形,因此损失比软层和/或厚层引起的损失小。因此,高耗散表明我们有柔软或粘性的材料与表面接触,而低耗散表明材料在表面是刚性的,并遵循振荡。

QSense软层和刚性层

图1。QCM传感器表面的两种不同类型的层的示意图,这将导致不同的能量损失。在A),水和软粘弹性层B)是一层薄薄的刚性层,在那里能量损失很小。

定义及耗散与q因子的关系

描述振荡器特性的一个重要参数是质量因子的因素。这是一个无量纲参数,通过将能量存储量与能量损失量联系起来,描述共振时振荡的阻尼。耗散,D的倒数因子,是系统每个振荡周期中所有能量损失的总和。它也可以定义为每次振荡所消耗的能量,除以系统中存储的总能量。

情商耗散

由式1可以得出结论,高因子表示能量损失小,振荡持续时间长,反之亦然,如图2所示。越高阻尼越低,振荡持续的时间就越长。

耗散果冻和音叉-1

图2。以音叉为例(左),耗散低,振荡会持续很长时间。在果冻的情况下,能量耗散较高,振荡将更快地消失。

结束语

在石英晶体微天平(QCM:s)中经常遇到的“耗散”、“阻尼”和“能量损失”的概念是指从所研究的系统中损失的能量,即QCM,这是一个阻尼谐振子。能量损失主要来自与振动传感器表面接触的材料,因此耗散可以作为有关所研究材料的有价值的信息来源。

下载概述以了解更多关于耗散的信息,为什么它在QCM测量中很重要,以及如何捕获关于能量损失的信息。

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编者注:本文最初发布于2018年6月,为全面起见,已进行了更新

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