什么是聲表面波（Surface Acoustic Wave ，簡(jiǎn)稱(chēng)SAW）？估計大部分人聽(tīng)到這個(gè)問(wèn)題都一臉茫然，有的甚至聽(tīng)都沒(méi)聽(tīng)過(guò)這個(gè)名詞。但是如果說(shuō)到地震，大家就熟悉多了，而且馬上會(huì )聯(lián)想到很多畫(huà)面，比如倒塌的房屋，開(kāi)裂的地面……而造成這些慘狀的元兇，就是我們開(kāi)頭提到的聲表面波！

　　地震產(chǎn)生的聲表面波攜帶著(zhù)巨大能量，沿著(zhù)地球表面傳播，所到之處地動(dòng)山搖，千瘡百孔，給我們帶來(lái)了慘重的災難和損失，堪稱(chēng)“破壞大王”。

　　怎么將這個(gè)“惡魔”抓住，并為我們所用？為此科學(xué)家們研究了很多年。

　　聲表面波之所以能夠造成那么大的破壞，就是因為它攜帶著(zhù)巨大的能量。如果我們直接上手抓它，估計還沒(méi)碰到影兒就已經(jīng)被它摧毀的房屋埋掉了。要想抓住聲表面波，首先必須解決能量問(wèn)題，讓它的能量變小點(diǎn)，再變小點(diǎn)，一直小到能被我們輕易控制。

　　這個(gè)事情說(shuō)起來(lái)容易，做起來(lái)可一點(diǎn)兒不輕松。直到20世紀60年代，兩個(gè)美國科學(xué)家 White 和 Voltmer 可算是把這個(gè)問(wèn)題解決了。

　　科學(xué)家在具有壓電性能的晶體表面，做上周期性正負相間的金屬電極，然后給電極加上很小很小的電信號，就能在晶體表面激發(fā)出能被我們控制的聲表面波。這個(gè)沿著(zhù)晶體表面傳播的聲表面波很微弱，弱到人們都無(wú)法直觀(guān)感覺(jué)到，如果在它的傳播路徑上擺放一個(gè)周期相同的電極，當聲表面波傳到這個(gè)電極處的時(shí)候，科學(xué)家就能將它捕獲，并轉化成方便處理的電信號。 

　　抓住聲表面波后，怎么加以利用呢？這家伙用途可就多了，比如做成濾波器用于電視機、手機里面，但我們要跟大家重點(diǎn)介紹的是——電子鼻！

　　電子鼻，顧名思義，就是一種具有部分鼻子功能的電子產(chǎn)品。人類(lèi)用鼻子聞一聞氣味就能知道是什么物質(zhì)，而我們用聲表面波制作的電子鼻，聞過(guò)氣味不僅能知道是什么物質(zhì)，而且還能知道含量有多少！意不意外？驚不驚喜？

　　這個(gè)聽(tīng)起來(lái)好像很神奇，但怎樣才能通過(guò)聲表面波實(shí)現電子鼻的辨物和稱(chēng)重功能呢？

　　我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)稱(chēng)重功能。

　　前面講過(guò)，激發(fā)和接收聲表面波需要借助壓電晶體及其表面制作的周期電極。發(fā)射電極用弱電信號激發(fā)聲表面波，聲表面波被激發(fā)出來(lái)后，就以一定的速度沿晶體表面傳播，直到被接收電極捕獲。

　　在壓電晶體表面傳播的聲表面波就像一個(gè)自由行走的人，如果在發(fā)射電極和接收電極之間的晶體表面再加點(diǎn)東西，比如用冷凝手段將某些物質(zhì)吸附在晶體表面，那么就像突然給這個(gè)人背上了重物，他的行走速度必然受到影響，背得越重，速度越慢。通過(guò)測試速度變化，就可以推算出聲表面波背上重物的質(zhì)量。

　　現在，稱(chēng)重“秤”功能已經(jīng)實(shí)現了，“多少”知道了。但是，“聞味辨物”的本領(lǐng)單靠聲表面波就做不到了，那該怎么辦呢？。我們需要借助別的手段，比如氣相色譜。氣相色譜是什么？用來(lái)干嘛的？

　　氣相色譜（Gas Chromatography，簡(jiǎn)稱(chēng)GC）是20世紀50年代出現的一種分離、分析技術(shù)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，我們將混合氣體“吸入”到氣相色譜的色譜柱里“聞一聞”，在氣流帶動(dòng)下，被混合的各種氣體按各自的速度沿著(zhù)柱子跑，速度相同的物質(zhì)集中在一起，當柱子足夠長(cháng)的時(shí)候，會(huì )出現一個(gè)又一個(gè)小集團。同時(shí)沸點(diǎn)越低的物質(zhì)，越先掙脫色譜柱的束縛，沸點(diǎn)最低的最先跑到出口，就像跑馬拉松似的。根據它們跑到出口的時(shí)間，我們就可以判斷它們是什么。

　　將聲表面波芯片裝在色譜柱的出口處，利用冷凝手段把先后跑出來(lái)的“小集團”一個(gè)一個(gè)地吸附在芯片表面，用聲表面波分別“秤”一下。

　　聲表面波氣相色譜儀流程動(dòng)畫(huà)演示

　　通過(guò)計算“小集團”們分別跑出柱口的時(shí)間，我們能夠知道它們的“身份”；緊接著(zhù)將“小集團”們吸附到聲表面波芯片表面，測量它們引發(fā)的聲表面波速度變化值，我們能夠知道它們的“體重”，這樣就完全實(shí)現了電子鼻的兩大功能：不但“聞味辨物”，還能告訴你“物”有多少。這個(gè)神奇的電子鼻就是聲表面波氣相色譜儀（SAWGC）！

　　這個(gè)神奇的家伙身材小巧、檢測快速、反應靈敏，被廣泛應用于爆炸物、水污染、有毒害氣體等多領(lǐng)域的檢測，能夠真正做到提起來(lái)就跑，到地方就測，為環(huán)保、公共安全提供了便捷、高效的檢測手段。2005年松花江水污染事件的現場(chǎng)快速檢測就用到了我們說(shuō)的這個(gè)電子鼻。

　　隨著(zhù)我們對電子鼻應用領(lǐng)域的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，以后將會(huì )在越來(lái)越多的場(chǎng)合看它大顯身手！（繪圖：蔡葛意）