Une nouvelle génération de microbalances à quartz d’une grande masse de sensibilité miniaturisée pour les applications spaciales
Résumé
L’utilisation de microbalances à quartz (les QCM) pour la mesure de la quantité de flux de masse déposée sur une surface pour des applications spatiales a toujours été limitée à l’utilisation de cristaux ayant une fréquence de résonance d’au plus 15 MHz, à cause de la difficulté à travailler avec les échantillons de petites dimensions. Cela a limité la mesure du flux de masse inférieure à près de 10-11 g/cm2-s ou 0,20 ang/Hz, si la densité du condensat est près de l’unité. Jusqu’à récemment, cela a été une mesure de flux moléculaire suffisamment précise pour répondre aux besoins de l’expérimentateur. Toutefois, l’exigence croissance pour une mesure précise du taux d’érosion/de dépôt des micro-propulseurs ioniques, du taux d’érosion sur les satellites sur orbite basse et du dégazage sur de longues périodes, par exemple, a nécessité une mesure du flux de masse de plus en plus basse, ce qui a conduit à des sensibilités de masse plus élevées. Avec la tendance vers une taille de satellite réduite, la nécessité d’une miniaturisation des QCM s’impose si on veut les placer dans des espaces plus petits.
Une nouvelle série de QCM et de TQCM (QCM refroidies thermo-électriquement) avec des fréquences de cristaux pouvant atteindre jusqu’à 25 MHz a été développée. Elles ne sont pas seulement physiquement plus petites que les modèles précédents, mais elles élargissent également l’échelle de sensibilité d’un facteur de 4,84 sur la valeur théorique de 15MHz de 5,102 × 108 Hz cm2/g à près de 2,47 × 109 Hz cm2/g, réduisant la limite de la mesure de l’épaisseur de condensat perceptible à près de 0,04 ang/Hz. Les nouvelles TQCM augmentent également le delta T applicable, c’est-à-dire la différence de température entre les côtés chaud et froid du Peltier dans les TQCM, de 86 à 120 o C, ce qui fait que la faible température des cristaux se trouve entre -75 et -100 o C lorsque la QCM est utilisée à une température ambiante. Les essais conduits dans des environnements spatiaux simulés en utilisant ces nouvelles QCM miniaturisées seront l’objet du présent document.