Kristali kvarca, zbog svog jedinstvenog piezoelektričnog učinka, igraju vitalnu ulogu u brojnim područjima. Njihove primjene obuhvaćaju širok raspon visoko-tehnoloških sektora, uključujući elektroniku, komunikacije i zrakoplovstvo.
1.Kvarcni kristalni oscilatori
Kvarcni kristalni oscilator koristi kvarcni kristal kao jezgru -selektivnog kruga rezonantne frekvencije. Ovaj oscilator je konstruiran preciznim rezanjem kristala kvarca na tanke kriške i pričvršćivanjem metalnih ploča na njihove površine. Njegov princip rada temelji se na inverznom piezoelektričnom učinku: kristali kvarca mehanički vibriraju pod utjecajem izmjeničnog električnog polja. Budući da svaki kristal kvarca ima specifičnu prirodnu frekvenciju vibracije, do rezonancije dolazi kada primijenjeno električno polje odgovara toj frekvenciji. Ova karakteristika čini kvarcne kristale idealnim izborom za visoko-precizne rezonantne frekvencije-selektivne krugove. Kvarcni kristalni oscilatori, zbog svoje izvrsne stabilnosti frekvencije, igraju ključnu ulogu u brojnim uređajima, uključujući standardne generatore frekvencije, brojače impulsa i kvarcne satove.
2. Kvarcna mikrovaga
Quartz Crystal Microbalance (QCM) je instrument koji koristi piezoelektrični učinak kvarcnog kristala za mjerenje promjena u masi površine elektrode. Od svog predstavljanja ranih 1960-ih, postao je moćan alat za otkrivanje mase na razini nanogram-zbog svoje iznimno visoke osjetljivosti. Njegov princip rada je da će se promjena površinske mase kvarcne kristalne elektrode pretvoriti u promjenu frekvencije izlaznog električnog signala titrajnog kruga. Ovaj proces zatim analizira pomoćna oprema kao što su računala kako bi se dobili visoko-rezultati mjerenja. Stoga mikrovaga s kvarcnim kristalom igra vitalnu ulogu u mnogim područjima kao što su medicina, kemijska industrija, hrana, biomedicina, nadzor okoliša, industrija i vojska.
3. Piezoelektrični biosenzor
(1) Piezoelektrični imunosenzor
Princip rada piezoelektričnog imunosenzora je fiksiranje antitijela ili antigena na površini kvarcnog kristala i korištenje specifične reakcije afiniteta između antigena i antitijela. Kada antigen ili protutijelo koje treba mjeriti stupi u interakciju s fiksnom tvari za prepoznavanje i proizvede specifičnu adsorpciju, površinsko opterećenje kristala povećat će se u skladu s tim. Ova se promjena može pratiti promjenom frekvencije senzora, čime se određuje količina adsorbiranog antitijela ili antigena.
(2) Piezoelektrični senzor gena
Osnovno načelo piezoelektričnog genskog senzora za detekciju DNK je fiksiranje sonde jednolančane-DNK na površinu kristala. Kada je sekvenca DNK koju treba detektirati komplementarna s njom, dolazi do reakcije hibridizacije na čipu kako bi se formirala dvolančana DNK. Ovaj proces će dovesti do povećanja kristalne mase i promjena u površinskoj viskoelastičnosti. Te se promjene mogu mjeriti promjenom frekvencije senzora i analizom mreže.