晶系:六方晶系

晶体:等轴状、柱状、六方双锥面形

集合体型态:块状、粗粒状、钟乳状、结核状

硬度:摩氏硬度为7

解理/断口:贝壳状断口

光泽:玻璃光泽

颜色:无、白，带有点灰、黄到橙黄、紫、深紫、粉红、灰褐、褐、黑

条痕:白色

比重:2.65 ~ 2.66

其他:(1)具脆性

(2)具有热电性

(3)折射率 1.533 ~ 1.541,双折射率差 0.009，色散 0.013

(4)石英具有强烈的压电性(Piezoelectric property)，即用力敲击摩擦时会产生火花，这也就是燧石取火的方法。

(5)石英内常见的包裹体有:发晶(Hair crystal)-主要是金红石;草入水晶-主要为电气石;水胆水晶-石英中有液态包裹体;青石英-内含浅蓝色金红石针状物;乳石英-由细水孔洞引起混浊状;绿石英-由板状或碎片状的绿泥石组成，有时可能是绿色针状的阳起石;砂金石(Aventurine)-石英岩内部含有绿色或红褐色的云母细片，又名耀石英，俗称东陵石。常见烟黑色至暗褐色的烟水晶，主要是这些岩类含有较多量具有放射性之铀、钍元素的关系。

石英晶体是一种重要的电子材料。沿一定方向切割的石英晶片，当受到机械应力作用时将产生与应力成正比的电场或电荷，这种现象称为正压电效应。反之，当石英晶片受到电场作用时将产生与电场成正比的应变，这种现象称为逆压电效应。正、逆两种效应合称为压电效应。石英晶体不仅具有压电效应，而且还具有优良的机械特性、电学特性和温度特性。用它设计制作的谐振器、振荡器和滤波器等，在稳频和选频方面都有突出的优点。

石英的化学成分为SiO2，晶体属三方晶系的氧化物矿物，即低温石英(a-石英)，是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英(b-石英)。

低温石英常呈带尖顶的六方柱状晶体产出，柱面有横纹，类似于六方双锥状的尖顶实际上是由两个菱面体单形所形成的。石英集合体通常呈粒状、块状或晶簇、晶腺等。纯净的石英无色透明，玻璃光泽，贝壳状断口上具油脂光泽，无解理。受压或受热能产生电效应。

石英因粒度、颜色、包裹体等的不同而有许多变种。无色透明的石英称为水晶，紫色水晶俗称紫晶，烟黄色、烟褐色至近黑色的俗称茶晶、烟晶或墨晶，玫瑰红色的俗称芙蓉石;呈肾状、钟乳状的隐晶质石英称石髓，具不同颜色同心条带构造的晶腺叫玛瑙，玛瑙晶腺内部有明显可见的液态包裹体的俗称玛瑙水胆，细粒微晶组成的灰色至黑色隐晶质石英称燧石，俗称火石。 石英的用途很广。无裂隙、无缺陷的水晶单晶用作压电材料，来制造石英谐振器和滤波器。一般石英可以作为玻璃原料，紫色、粉色的石英和玛瑙还可作雕刻工艺美术的原料。

石英是最重要的造岩矿物之一，在火成岩、沉积岩、变质岩中均有广泛分布。巴西是世界著名的水晶出产国，曾发现直径2.5米、高5米、重达40余吨的水晶晶体

·标称频率:晶体元件规范所指定的频率。

·调整频差:基准温度时，工作频率相对于标称频率的最大允许偏离。常用ppm(1/10)表示。

·温度频差:在整个温度范围内工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离。常用ppm(1/10)表示。

·谐振电阻(Rr):晶体元件在串联谐振频率Fr时的电阻值。

·负载电容(CL): 与晶体元件一起决定负载谐振频率FL的有效外界电容

·静态电容(C0)

等效电路静态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积、晶片厚度和晶片加工工艺。它的常用计算公式为:

C0=KC0×Ae×F0+C常数

KC0--电容常数，其取值与装架形式、晶片形状有关;

Ae--电极面积，单位mm;

F0--标称频率，单位KHz;

C常数--常数，单位pF;

·动态电容(C1)

等效电路中动态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积，另外还和晶片平行度、微调量的大小有关。它的常用公式为:

C1=KC1×Ae×F0+C常数

KC1--电容常数;

Ae--电极面积，单位mm;

F0--标称频率，单位KHz;

C常数--常数，单位pF;

·动态电感(L1)

等效电路中动态臂里的电感。动态电感与动态电容是一对相关量，它的常用公式为:

L1=1/(2πF0)2C1 (mH)

·串联谐振频率(Fr)

晶体元件电气阻抗为电阻性的两个频率中较低的一个。

·负载谐振频率(FL)

晶体元件与一负载电容串联或并联，其组合阻抗为电阻性的两个频率中的一个频率。

·品质因数(Q)

品质因数又称机械Q值，它是反映谐振器性能好坏的重要参数，它与L1和C1有如下关系

Q=wL1/Rr=1/wRrC1

如上式，R1越大，Q值越低，功率耗散越大，而且还会导致频率不稳定。反之Q值越高，频率越稳定。

·相对负载频率偏置(DL)

晶体负载谐振频率相对于串联谐振频率的变化量DL=(FL-Fr)/Fr，可由下式近似计算:

DL≈C1/2(C0+CL)

·相对频率牵引范围(DL1,L2)

晶体在两个固定负载间的频率变化量。

D(L1,L2)=│(FL1-FL2)/Fr│=│C1(CL2-CL1)/2(C0+CL1)(C0+CL2)│

·牵引灵敏度(TS)

晶体频率在一固定负载下的变化率 。

TS≈-C1 *1000/2*(C0+CL)2

·激励电平相关性(DLD)

由于压电效应，激励电平强迫谐振子产生机械振荡，在这个过程中，加速度功转化为动能和弹性能，功耗转化为热。后者的转换是由于石英谐振子的内部和外部的摩擦所造成的。

摩擦损耗与振动质点的速度有关，当震荡不再是线性的，或当石英振子内部或其表面及安装点的拉伸或应变、位移或加速度达到临界时，摩擦损耗将增加。因而引起频率和电阻的变化。

加工过程中造成DLD不良的主要原因

--谐振子表面存在微粒污染。主要产生原因为生产环境不洁净或非法接触晶片表面;

--谐振子的机械损伤。主要产生原因为研磨过程中产生的划痕。

--电极中存在微粒或银球。主要产生原因为真空室不洁净和镀膜速率不合适。

--装架是电极接触不良;

--支架、电极和石英片之间存在机械应力。

所有晶体元件除了主响应(需要的频率)之外，还有其它的频率响应。减弱寄生响应的办法是改变晶片的几何尺寸、电极，以及晶片加工工艺，但是同时会改变晶体的动、静态参数。

·寄生响应的测量

⑴SPDB 用DB表示Fr的幅度与最大寄生幅度的差值;

⑵SPUR在最大寄生处的电阻;

⑶SPFR 最小电阻寄生与谐振频率的距离，用Hz或ppm表示。

QCM主要由石英晶体传感器、信号检测和数据处理等部分组成。石英晶体传感器的基本构成大致是：从一块石英晶体上沿着与石英晶体主光轴成35°15'切割(AT—CUT)得到石英晶体振荡片，在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，石英晶体夹在两片电极中间形成三明治结构。在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

石英晶体微天平的其他组成结构在不同型号和规格的仪器中也不尽相同，可根据测量需要选用或联用。一般附属结构还包括振荡线路、频率计数器、计算机系统等；电化学石英晶体微天平在此基础上还包括恒电位仪、电化学池、辅助电极、参比电极等；另外经常加装一些辅助输出设备，例如显示器、打印机等。

QCM-D技术的核心是石英晶体传感器，它由石英晶体夹在两片电极中间形成三明治结构。在电极两端加入一个交流电压，在传感器的共振频率处引发一个小的剪切振动，当交流电压关闭后，振动呈指数衰减，这个衰减被记录下来，得到共振频率(f)和耗散因子(D)两个参数。

对于薄层硬质薄膜，可以使用Sauerbrey关系和公式，根据传感器振动计算吸附层的质量。当沉积的薄膜松散和粘性时，能量通过薄膜上的摩擦被消耗，传感器的振动发生衰减，耗散因子提供了传感器上吸附的薄膜的结构信息。通过使用多个频率和耗散因子数据，使用粘弹性模型而非Sauerbrey关系，可以计算得到质量、厚度、粘度和弹性。