QCM-Modellierung

Die modernen Quarz-Mikrowaagen (auch "QCM-D" für quartz crystal microbalance with dissipation monitoring) sind inzwischen weit verbreitet.  Die Interpretation der Daten (Verschiebungen von Frequenz und halber Bandbreite, Δf und ΔΓ, auf einer Reihe von Obertönen) ist nach wie vor eine gewisse Herausforderung.  Für planare Schichtsysteme existiert ein Standard-Modell, welches für gegebene Geometrie und gegebene viskoelastische Konstanten die Werte von Δf und ΔΓ (oder auch von Δf und ΔD mit D dem "dissipation factor") vorhersagt.  Das Problem ist die Inversion.  Es ist oft nicht trivial, aus den Datensätzen {Δf, ΔΓ} Aussagen über die Probe abzuleiten.  Die Inversion ist besonders schwierig, wenn die viskoelastischen Parameter von der Frequenz abhängen und wenn die untersuchte Schicht sich in einer flüssigen Umgebung befindet.  Beides ist für viele interessante Proben (insbesondere für die Bioadsorbate) der Fall.  Die Inversion ist schwierig, aber sie ist nicht immer unmöglich.  Für planare Filme an Luft sind robuste Aussagen möglich, wenn die Filmdicke zwischen etwa 20 und 1000 nm liegt.  Auch für Filme in Flüssigkeiten sind bisweilen Modelle anpassbar, wobei sich die Voraussetzungen nicht in einem Satz zusammenfassen lassen.  

Wir haben unser Fitprogramm nach Python übertragen und im Web zugänglich gemacht.1,2  Es führt den Namen PyQTM.  Der Source Code ist einsehbar.  Es gibt eine detaillierte Fehlerbetrachtung.  Es können Datenfiles von verschiedenen Plattformen importiert werden.  Abb. 1 zeigt die Benutzeroberfläche.  Der Algorithmus, seine Leistungsfähigkeit und seine Grenzen sind in [3] beschrieben.

Abb. 1 Benutzeroberfläche von pyQTM
pyQTM GUI

[1] pyQTM Software (download)
[2] https://github.com/DJohannsmann/QCM-D-Modelling-PyQTM
[3] Johannsmann, D.; Langhoff, A.; Leppin, C.; Reviakine, I.; Maan, A. M. C., Effect of Noise on Determining Ultrathin-Film Parameters from QCM-D Data with the Viscoelastic Model. Sensors 2023, 23(3), 1348.  doi.org/10.3390/s23031348

 

Hier finden Sie Unterlagen zum Verhalten von komplexen Proben auf Scherwellen-Resonatoren

Tutorial

Folien:

Software:

Literatur

 

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