一、实验原理

1．主要性质和用途

硫酸三甘肽(tnglycine sulfate, (NH₂CH₂COOH)₃·H₂SO₄，简称．TGS）晶体是一种具有优良热释电性能的有机功能材料。

2．制备原理

TGS晶体的制备通常采用水溶液降温法，而水溶液降温法是从溶液中培养晶体的一种最常用的方法。这种方法适用于溶解度和温度系数较大的物质，并需要一定的温度区间，这一温度区间的限制是：温度上限由于溶剂蒸发量大而不宜过高；当温度下限太低时，对晶体生长不利。一般来讲，比较合适的起始温度为50一60℃，降温区间以15一20℃为宜。降温法的基本原理是利用溶质较大的正溶解度温度系数，在晶体生长的过程中逐渐降低温度，使析出的溶质不断在晶体上生长，用这种方法生长的物质的溶解度温度系数最好不低于1.5g(1 000 g溶液·℃、．表9.1列出了符合此要求的一些物质的数据。

TGS晶体生长装置如图9.4所示。在晶体生长的整个过程中，必须严格控制温度，并按一定程序降温。微小的温度波动足以在生长的晶体中造成某些不均匀区域。为提高晶体生长的完整性，要求控温精度尽可能高，本实验装置中水浴槽内的控温精度可达±0.05℃ 。

为使溶液温度均匀，使各个晶面在过饱和溶液中能得到均匀的溶质供应，要求晶体对溶液做相对运动，通常采用转晶法（晶体在溶液中自转或公转）。为克服此法所造成的某些晶面总是迎液流而动，而某些晶面总是背向液流的缺点，转动方向需定时改变。

二、主要仪器和药品

pH计、吹风机、电炉、电热干燥箱、程序控温装置、水浴育晶装置、广口瓶、温度计、烧杯、量筒、漏斗。

硫酸（分析纯）、甘氨酸（生化试剂）。

三、实验内容

1. TGS晶体原料的合成

用硫酸和甘氨酸制备TGS晶体的反应式为

3NH₂CH₂C00H＋H₂SO₄＝(NH₂CH₂COOH)₃·H₂SO₄

根据上式可知，硫酸三甘肽是由甘氨酸与硫酸按物质的量3:1合成的。具体做法是，先将称取的甘氨酸（生化试剂）溶于适量去离子水中。然后在不断搅拌下缓慢加入1:1的H₂S0₄（分析纯，用量需事先计算好）。一般溶液经过滤后即可使用，但为了培养出低位错的晶体，将合成好的原料重结晶是很有必要的。

2. TGS母液的配制及pH值的测定

根据所需育晶液之体积及TGS的溶解度曲线，称取一定量的上述合成原料溶于适量去离子水中（需适当加热）。然后用pH计测定其pH值，放入电热干燥箱中保温（高于饱和点5-6℃）数小时，然后趁热过滤，待用。

3 . TGS母液饱和点的测定

溶液饱和点的测定方法很多，本实验采用浓度涡流法。所谓浓度涡流法，是用细线将一小块晶体悬在其接近饱和温度的溶液中，仔细观察晶体及其附近的液流情况。如果溶液是不饱和的，则晶体棱角变得圆滑，靠近晶体表面的溶液，由于晶体的溶解，其浓度较周围溶液浓度大，因而变得较重而向下运动，形成一股向下的液流，称为溶解涡流。如果溶液是过饱和的，则晶体呈生长现象，晶面“发雾”，棱线明显，在晶体附近的溶液由于溶质在晶体上析出，其浓度较其周围溶液小，因而变得较轻而向上运动，形成一股向上的液流，称为生长涡流。涡流是浓差造成的对流运动。距饱和温度越远，涡流越明显；离饱和温度越近，涡流越微弱；在饱和温度下，涡流完全消失。因此，可以利用涡流现象来测定饱和点。测定时，可以从不饱和状态开始，逐渐降低温度，找出涡流消失时的温度，即为不饱和点。此方法的精确度为0.1一0.5℃（与观察者熟练程度有关）。使用该方法时，溶液需搅拌均匀。

4. TGS晶体的生长

培养晶体首先要选晶种，长成晶体的好坏和利用率与所选籽晶的质量关系极大。一般来说，较为理想的籽晶应该是同一物质在结构与成分上都较为完整的小晶体，籽晶可通过饱和溶液自然降温冷却来得到，也可从长成的晶体上切割选取。将选好的籽晶用乳胶管系于籽晶杆上，放入母液前需用吹风机或电热干燥箱加热，使之稍高于母液温度，以防止杂晶的产生。籽晶放入母液后应使其由微溶而转入生长。籽晶在恢复期，过饱和度不宜太大，即晶体生长初期降温要慢，随着晶体的逐渐长大，降温速度可适当加快。对于TGS晶体的生长，开始每天降0.2℃左右，以后可逐渐加大，但通常不超过0.5一0.7℃ ·d^-1.
一周左右可长成约10g的TGS晶体，取出后切割成薄片，留作测量其热释电系数、介电常数等性能。

四、注意事项

①饱和点的测量需有一定的经验，应反复摸索。

②降温速率要慢，否则会出现杂晶，使晶体生长速度变慢。

③取出的晶体要注意保温，以防炸裂。