Introducción: sulfato de triglicina puro y dopado
Nombres | |
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Nombre IUPAC Sulfato de glicina (3: 1) | |
Otros nombres Sulfato de glicina; TGS | |
Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.007.414 |
PubChem CID | |
UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
C 6 H 17 N 3 O 10 S | |
Masa molar | 323,27 g · mol −1 |
Apariencia | polvo blanco |
Densidad | 1,69 g / cm 3 [1] |
Estructura | |
Monoclínica | |
P2 1 [2] | |
a = 0,9417 nm, b = 1,2643 nm, c = 0,5735 nm α = 90 °, β = 110 °, γ = 90 ° | |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
Referencias de Infobox | |
El sulfato de triglicina ( TGS ) es un compuesto químico de fórmula (NH 2 CH 2 COOH) 3 · H 2 SO 4 . La fórmula empírica de TGS no representa la estructura molecular, que contiene restos de glicina protonados e iones sulfato . TGS con protones reemplazados por Deuterio se llama TGS deuterado o DTGS ; alternativamente, DTGS puede referirse a TGS dopado. Al dopar el DTGS con un aminoácido L-alanina, se mejoran las propiedades del cristal y el nuevo material se llama Sulfato de triglicina dopado con L-alanina deuterada (DLATGS). Los cristales TGS, DTGS y DLATGS son piroeléctricos y ferroeléctricos y se han utilizado como elementos detectores en espectroscopía infrarroja . El detector TGS se ha utilizado como objetivo en tubos de imágenes de rayos catódicos vidicón . Los detectores DTGS y DLATGS se han utilizado en muchas aplicaciones, incluidos los dispositivos de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y visión nocturna. [3]
Desde la perspectiva de las aplicaciones, los detectores piroeléctricos DLATGS son los más extendidos en espectrómetros IR, particularmente en instrumentos (FTIR). Esto se debe a que los detectores DLATGS brindan una respuesta lineal en un amplio rango de radiación IR que se extiende desde el borde de la luz ultravioleta cercana (NUV) a 0.4 μm (~ 750 THz) hasta el espectro IR lejano a 200 μm (~ 1.5 THz). [4] Además, el material DLATGS tiene un alto coeficiente piroeléctrico y una baja constante dieléctrica y tangente de pérdidas.
Estructura y propiedades cristalinas
Los cristales de TGS pueden formarse por evaporación de una solución acuosa de ácido sulfúrico , que contiene un exceso de glicina superior al triple . [5] Pertenecen al grupo del espacio polar P2 1 y por lo tanto son piroeléctricos y ferroeléctricos a temperatura ambiente, exhibiendo polarización espontánea a lo largo del eje b (dirección [010]). La temperatura de Curie de la transición ferroeléctrica es 49 ° C para TGS y 62 ° C para DTGS. La estructura cristalina consta de SO 4 2− , 2 (N + H 3 CH 2 COOH) (G1 y G2 en el diagrama de estructura cristalina) y especies + NH 3 CH 2 COO - (G3) unidas por enlaces de hidrógeno . [6] Estos enlaces se rompen fácilmente con las moléculas polares de agua, lo que explica la higroscopicidad del TGS: sus cristales se graban fácilmente con el agua. A lo largo del eje b , las capas G1-SO 4 y G2-G3 se apilan alternativamente. Las dos capas vecinas más cercanas con composición química idéntica se giran 180 ° alrededor del eje b una contra la otra. [2] [7] Sin embargo, el material DTGS modificado todavía necesita un campo eléctrico externo aplicado para polarizar. Al dopar el DTGS con el aminoácido L-alanina, se mejoran las propiedades del cristal al introducir un campo eléctrico interno en la estructura cristalina. Esto se debe a que la L-alanina lleva una cadena lateral del grupo metilo (-CH 3 ) que inhibe la rotación de las moléculas DLATGS dentro de la red, contribuyendo a un cristal de dominio único con polos permanentes. [8] [9] La Tabla 1 muestra las propiedades ferroeléctricas comunes y la figura de méritos (FOM) del material TGS puro y dopado.
Tabla 1: Propiedades ferroeléctricas del cristal de sulfato de triglicina puro y dopado [10] , [11] , [12]
Material | TGS | DTGS | DLATGS |
Dopaje | - | D 2 O como disolvente | 20% en peso L-alanina |
Temperatura de medida ( o C) | 25 | ||
Temperatura de Curie ( o C) | 49 | 57-62 | 58-62 |
Constante dieléctrica a 1 kHz | 22-35 | 18-22.5 | 18-22 |
Polarización espontánea (μC / cm 2 ) | 2,75 | 2.6 | - |
Campo eléctrico coercitivo (V / cm) | 165 V / cm | ||
Campo de polarización inherente (kV / cm) | 0.664-5 | 0.664-5 | 2-5 |
Pérdida dieléctrica tan δ | ~ 10 −4 | ||
Figura de méritos (FOM) F i = p (nC / cm 2 . O K) F V = p / ε' (nC / cm 2 . O K) F D = p / √ε '' (nC / cm 2 . O K) | 16-45 0.5-1.14 0.4-121 | 25-70 1.4 - | 25 1,13 - |
Específica de volumen de calor (J / cm 3 . O K) | 2.5 | 2.5 | 2,7 |
Densidad (g / cm 3 ) | 1,66 | 1,7 | 1,7 |
Resistividad CA a 1 kHz (Ω.cm × 10 10 ) | 1,7 | 5 | 2.4 |
Rendimiento típico de los detectores DLATGS
La mayoría de los detectores DLATGS comerciales consisten en una caja de metal con una ventana cuadrada o circular ubicada en el centro. La ventana probablemente esté hecha de un material como fluoruro de calcio (CaF 2 ), bromuro de potasio (KBr), fluoruro de bario (BaF 2 ), yoduro de cesio (CsI) y cuarzo u otro tipo de materiales, dependiendo de la longitud de onda deseada y la aplicaciones de espectroscopia. El grosor de estas ventanas varía entre 0,8-1 mm con un diámetro de entre 2-3 mm para la forma circular o aproximadamente 2 × 2 mm para la forma cuadrada. Por otro lado, el chip DLATGS está pulido en ambos lados y tiene una dimensión de aproximadamente 2 × 2 mm con unas pocas micras de espesor montado sobre un sustrato cilíndrico poco profundo. En la superficie superior del chip DLATGS, se aplica una fina capa de metal de nicromo (NiCr) de aproximadamente 20 nm. En la superficie inferior del chip DLATGS, se aplica una capa delgada de oro (Au) de aproximadamente 80 nm sobre una capa delgada de NiCr de aproximadamente 20 nm. El elemento piroeléctrico se eleva por encima del sustrato utilizando dos barras o adhesivo a base de epoxi de baja conductividad térmica. Los datos de rendimiento típicos para elementos de 1,3 mm y 2 mm de diámetro, excluida la ventana, se presentan en la Tabla 2.
Datos de rendimiento típicos para elementos de 1,3 mm y 2 mm de diámetro a 1 kHz, excluida la ventana: [13] [14]
Tamaño del elemento (mm) | Vout en 1 kHz | Responsividad de voltaje V / W a 1 kHz | Vn a 1 kHz (1 Hz BW) | D * a 1 kHz Detectividad (cmHz1 / 2 / W) | C (pF) | tan δ | NEP (W / √Hz) | |
1.3 | Típico | 3.20E-5 | 50 | 3.00E-8 máximo | 2.70E + 8 | 10,6 (a 20 μm) | 0,003 | 4.50E-10 |
2.0 | Típico | 3.20E-5 | 30 | 2.00E-8 máximo | 3.50E + 8 | 25 (a 25 μm) | 0,003 | 4.50E-10 |
Referencias
- ^ Kwan-Chi Kao (2004). Fenómenos dieléctricos en sólidos: con énfasis en conceptos físicos de procesos electrónicos . Prensa académica. págs. 318–. ISBN 978-0-12-396561-5. Consultado el 12 de mayo de 2011 .
- ^ a b c Subramanian Balakumar y Hua C. Zeng (2000). "Reconstrucción asistida por agua en los extremos del dominio ferroeléctrico de cristales de sulfato de triglicina (NH 2 CH 2 COOH) 3 · H 2 SO 4 ". J. Mater. Chem . 10 (3): 651–656. doi : 10.1039 / A907937H .
- ^ "Detectores piroeléctricos: materiales, aplicaciones y principio de funcionamiento" (PDF) .
- ^ "Detectores para espectroscopia por transformada de Fourier" (PDF) .
- ^ Pandya, GR; Vyas, DD (1980). "Cristalización de sulfato de glicina". Diario de crecimiento cristalino . 5 (4): 870–872. Código Bibliográfico : 1980JCrGr..50..870P . doi : 10.1016 / 0022-0248 (80) 90150-5 .
- ^ Choudhury, Rajul Ranjan; Chitra, R. (2008). "Estudio de difracción de neutrones monocristalino de sulfato de triglicina revisitado". Pramana . 71 (5): 911–915. Código Bibliográfico : 2009Prama..71..911C . doi : 10.1007 / s12043-008-0199-5 .
- ^ Madera, EA; Holden, AN (1957). "Sulfato de glicina monoclínico: datos cristalográficos". Acta Crystallogr . 10 (2): 145-146. doi : 10.1107 / S0365110X57000481 .
- ^ Batra, Ashok K; Aggarwal, Mohan D; Lal, Ravindra B (agosto de 2003). "Crecimiento y caracterización de cristales DTGS dopados para dispositivos de detección de infrarrojos" . Materiales Cartas . 57 (24-25): 3943-3948. doi : 10.1016 / s0167-577x (03) 00244-1 . ISSN 0167-577X .
- ^ Aravazhi, S; Jayavel, R; Subramanian, C (octubre de 1997). "Crecimiento y estabilidad de cristales TGS puros y amino dopados" . Materiales Química y Física . 50 (3): 233–237. doi : 10.1016 / s0254-0584 (97) 01939-1 . ISSN 0254-0584 .
- ^ D., Aggarwal, M. (2010). Materiales piroeléctricos para detectores infrarrojos no refrigerados: procesamiento, propiedades y aplicaciones . Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, Marshall Space Flight Center. OCLC 754804811 .
- ^ "DESARROLLO DE DETECTORES PIROELÉCTRICOS MEJORADOS" (PDF) .
- ^ "Materiales piroeléctricos" (PDF) .
- ^ "Detectores piroeléctricos de modo de voltaje de canal único de la serie D31 / LT31" (PDF) .
- ^ "DETECTORES DLAGTS" (PDF) .