自然界中的矿物晶体有几百种,但只有少部分被人类反复利用,更多的是因为外表色彩艳丽,或因晶莹透明而被做成饰品,大部分因为没有特殊的功能和外观,并没受到人们的重视.石英晶振和石英晶体振荡器的原材料,是部分具有压电性质的石英和水晶,当第一颗晶体被成功制造出来,并用于电子产品中之后,越来越多的人加入这个行业,十几种有压电效应的矿物晶体被大量采集.为了控制人工开采的成本,和满足市场需求大规模生产,科学家们合成了人工晶体,不仅材料成本低,使用方便,其加工后的性能比天然的石英水晶更高更好.
我们居住的大部分地壳都是矿物质.我们周围的石头和沙子都是矿物质.地球上最丰富和普遍分布的矿物是石英.这是一种已经存在了数亿年的矿物,几个世纪以来一直深深扎根于现代文明之中.晶体谐振器在尖端技术中仍然是不可或缺的.石英是二氧化硅(SiO2)的矿物,其中具有晶面的晶体被称为”石英”.构成晶体的二氧化硅包含在火山爆发期间吹出的”岩浆”中.当岩浆喷射到地表时,它迅速冷却并凝固成熔岩,但此时水分离.水中含有丰富的二氧化硅,它积聚在岩石的裂缝和空洞中,经多年冷却后结晶成”水晶”.

石英是一种对人类最熟悉的有吸引力的矿物质,自古以来就被用作祈祷的仪式工具和装饰,因为它透明而神秘.法国物理学家居里兄弟于1880年发现这种水晶是一种美丽的物体,具有优良的电性能.这种电特性通常被称为压电现象.这意味着施加压力时会产生电流,如图1所示.相反,当如图2所示施加电(电压)时,晶体变形(振动).由于压电和反向压电现象,石英器件产生一定的频率,产生稳定的频率.石英晶体谐振器具有独特的振动模式,该模式由晶体元件的切割角度决定.典型的振动模式包括厚度剪切振动和弯曲振动.

压碎的天然水晶根据其透明度进行分级.虽然它被分为约5个等级,但人造石英使用2到3个等级.如果透明性差,则在生长期间含有裂缝和母液,并且由于铁,钠,钙,钾,氯和氟等不需要的成分增加而不好.但是,如果透明度高,则铝的量将变得非常大.这是因为天然高品质石英通过加入铝而生长.因此,透明和不透明之间的中间杂质很少,2至3级适合于生长人造石英.

石英水晶振子是无源元件,它利用石英的压电特性产生恒定的频率,具有非常稳定和高精度.在陶瓷基底壳中,将晶体切割并抛光至预定的厚度和尺寸,沉积电极,填充惰性气体,并用金属盖覆盖以密封它.虽然结构简单,但加工这种底板的技术非常困难,技术能力也是一个问题.AT切割基板的频率和厚度之间的关系由该公式表示:

频率越高,衬底越薄.基板很薄,即频率高,10微米,1/100毫米,这是头发厚度的1/10.而且,基板的外形小于1mm.由于无源晶振单元不具有振荡电路,因此无论是无线电波(频率)还是信号都不能输出.晶体振荡器是晶体单元和振荡电路的组合.结果,可以振荡所需的频率.另外,通过电气校正晶体对温度的影响,可以改变频率稳定性,并且可以大大提高频率的稳定性.
创建精确稳定的信号(频率)是一种晶体器件.该信号(频率)用作参考信号,并且晶体用于各种场景.来自世界各地的各种高质量信息丰富了我们的生活.从时钟晶体器件的精确和稳定振动获得的信号用于快速和准确地(信息通信)和处理(信息处理)传送大量信息.很简单,石英的优异稳定性支持现代先进的信息社会.因此,我们称之为”电子盐”.”盐”是生活中不可或缺的,水晶也是电子产品必不可少的.此外,晶体器件不仅用作参考信号源,还具有选择所需频率的滤波器功能和检测微小质量变化的功能.

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成形前后的石英晶体在自然界中有哪些奥秘

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