结构弛豫

结构弛豫（精选3篇）

结构弛豫 篇1

摘要：采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了四种不同尺寸的Cu五边形核壳纳米线的结构和稳定性。结果表明, 纳米线在优化过程中出现“倒棱”现象和“褶皱”现象, 尺寸较大的纳米线更容易合成且更稳定。

关键词：Cu纳米线,核壳结构,第一性原理

0 引言

Cu以其优异的电学和热学性能以及相对较低的价格, 已成为传统电路中最常用的导线, 广泛应用于大规模集成电路以及超大规模集成电路。随着纳米科技的飞速发展, 自20世纪90年代, 研究人员对准一维Cu纳米材料 (包括纳米线、纳米棒和纳米管) 进行了大量研究[1,2]。

在过去二十年里, 研究者通过电化学沉积方法、机械可控裂结法、水热还原, 模板辅助合成和气相外延生长工艺制备出了多种不同尺寸和形貌的Cu纳米线。近来, Gon alez等[3]已经采用透射电子显微镜从实验上成功制备了横截面为五边形的Cu的核壳纳米线结构。他们发现实验中形成的五边形结构的Cu纳米线具有高稳定性。因此, 本文利用第一性原理计算方法研究了四种不同尺寸的五边形核壳Cu纳米线的结构和稳定性。研究结果表明, 纳米线弛豫过程中出现“倒棱”现象和“褶皱”现象, 尺寸较大的纳米线更容易合成且更稳定。

1 计算方法和模型

本文采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法对不同尺寸的五边形核壳Cu纳米线进行了研究。图1以Cu20-15-10-5-1纳米线给出了计算中采用的Cu核壳纳米线模型。从侧面图上看, 单胞内有两个原子层, 我们分别用A层和B层表示。从截面图上看, A层和B层的原子都按照五边形结构排列成核壳结构。从最外层往内, 每个五边形壳层的Cu原子数目分别为20, 15, 10, 5和1。Cu20-15-10-5-1中Cu元素后面的数字就表示截面上从外往内每个五边形壳层上Cu原子数。本文研究了Cu5-1, Cu10-5-1, Cu15-10-5-1和Cu20-15-10-5-1纳米线的弛豫结构和电子性质。在优化前, Cu纳米线中的最近邻Cu-Cu键长都等于Cu晶体结构中的最近邻键长2.556。

2 计算结果和讨论

我们计算了每种尺寸Cu核壳纳米线在轴向上具有不同晶格常数c时的总能量, 并从中找出能量最小值。能量最小值对应的结构即为该尺寸Cu纳米线的最稳定结构, 对应的晶格常数即为平衡态晶格常数, 结果见表1所示。四种不同尺寸的Cu核壳纳米线弛豫后在垂直于轴线的方向上仍保持着五重对称性。为讨论纳米线由于表面原子键的缺失而导致的表面效应, 在图2中, 以Cu20-15-10-5-1核壳纳米线为例给出了纳米线中A原子层 (圆形) 和B原子层 (四边形) 弛豫前 (空心) 和弛豫后 (实心) 的原子位置在截面上的投影。Cu20-15-10-5-1纳米线弛豫后, 中心原子保持不动, 顶角原子向内弛豫, 而五边形边线上的原子向外弛豫。说明在纳米线弛豫过程中出现“倒棱”现象, 说明纳米线弛豫后, 棱柱结构会向圆柱结构过渡, 并且尺寸越大越明显。González等人[3]利用高分辨透射电子显微镜也发现一维的棱柱结构会转化为圆柱结构, 而零维的多面体结构易于转化为球体结构。可以预测五边形纳米线截面的弛豫形状将逐渐向圆形过渡。弛豫后发现距离中心原子越远的原子弛豫量越大。因此, 各个壳层中原本在同一平面内的Cu原子弛豫后并不在同一平面内 (尤其是表面原子) , 出现了明显的“褶皱”现象。以上现象也出现在Cu5-1, Cu10-5-1和Cu15-10-5-1纳米线的结构弛豫中。

为了分析Cu纳米线的稳定性, 根据下式计算了不同尺寸Cu纳米线的结合能:

其中, Eatom表示单个Cu原子的基态能量, Etot表示某尺寸Cu纳米线的总能量, n表示计算时选取的单胞中所包含的Cu原子的数目。根据定义, 结合能为正值表明该纳米线相对于孤立Cu原子是稳定的。不同尺寸Cu纳米线的结合能见表1。从表1可得, 随着纳米线直径的增加纳米线的结合能也逐渐增加, 并越来越接近Cu块体结构的结合能, 说明尺寸较大的纳米线更容易合成且更稳定。

3 结论

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 对四种不同尺寸的Cu五边形核壳纳米线的结构和电子性质进行了研究。结果表明纳米线在优化过程中出现“倒棱”现象和“褶皱”现象, 尺寸较大的纳米线更容易合成且更稳定。

参考文献

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结构弛豫 篇2

利用MR定量测量软骨的弛豫时间为近年来备受关注的技术之一, 包括软骨T1、T2以及延迟钆增强MR软骨成像指数 (index of the delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage, T1Gd) [3～6]。但是, 弛豫时间改变对早期软骨退变的有效性, 尤其是其与软骨生化成分的相关性尚存在很大的争论。本研究探讨离体软骨弛豫时间定量反映软骨生化成分变化的可行性及它们之间的相关性。

1材料和方法

1.1髌软骨标本的处理

从本地屠宰场购得24个新鲜的正常成年牛髌骨, 自每个髌骨外侧面获取一个圆柱型骨软骨标本, 直径约2.1cm, 表面软骨完好, 软骨下骨厚度约1cm, 保存于-18℃的环境中。在MR检查当日自然解冻后, 将每个标本均分为2份, 1份进行酶处理 (见后) , 另1份构成自身对照。为了使MR检查层面和组织学切片一致, 软骨标本上用小刀进行层面标记。

软骨酶处理采用不同的三种方式: (1) 胰蛋白酶消化:软骨标本10块浸泡于25mg/ml的胰蛋白酶溶液中4h (37℃水浴) , 以便制作GAG耗竭、胶原保留的模型[7]。 (2) 胶原蛋白酶消化:软骨标本7块放入50mg/100ml的Ⅱ型胶原蛋白酶溶液中72h (37℃水浴) , 以便制作胶原耗竭、GAG保留的模型[8]。 (3) 混合酶处理:软骨标本7块先放入25mg/ml的胰蛋白酶溶液中4h, 然后再放入50mg/100ml的Ⅱ型胶原蛋白酶溶液中72h, 以便制作GAG和胶原均耗竭的模型。软骨经酶处理后, 均用0.9%的生理盐水冲洗10min, 然后用塑料薄膜密封。对照侧软骨则先浸泡于0.9%的生理盐水中平衡4h, 然后密封。

1.2 MR检查方法

MR检查采用3T设备 (Magne-tom Trio with TIM system, Siemens, Germany) , 使用圆形极化腕关节线圈, 检查室保持26℃恒温。采用快速自旋回波反转恢复序列 (TSE-IR) 测量软骨T1值, 仅测量单层, 层厚为5mm, 序列参数如下:回波链长15, TR/TE 5 000/14ms, FOV 80mm×80mm, 矩阵320×320, 层面内分辨力为0.25mm×0.25mm, 接受带宽233Hz/Px, TI值 (time of inversion, TI) 选用50ms、100ms200ms、400ms、800ms、和1 600ms。利用感兴趣区 (region of interest, ROI) 测量不同TI时间的软骨全层信号强度 (STI) , 应用Origin 6.1软件 (OriginLab Corp., Northampton, MA, USA) 进行曲线拟合计算T1值, STI=S0×[1-2×e (-TI/t1) +e (-TR/t1) ], 式中S0为一常量。

采用多回波自旋回波序列测量软骨T2值, 仅测量单层, 层厚为5mm, 层面位置同TSE-IR, 序列参数如下:TR 1 200ms, TE自13.5～94.5ms, 回波间隙13.5ms, FOV 80mm×80mm, 矩阵320×320, 接受带宽275Hz/Px。应用MR仪自带标准软件获得T2图 (拟合公式为STE=S0×e (-TE/T2) ;STE指不同TE时间的软骨信号强度, S0为一常量) , 然后利用ROI测量出软骨全层的T2值。

之后, 进行延迟钆增强MR软骨成像。将所有软骨标本浸泡于2mmol/L的稀释Gd-DTPA (马根维显, 先灵, 广州) 溶液中2.5h[8], 捞出用生理盐水冲洗, 再次密封后测量软骨的T1值 (即T1Gd) , 方法和层面位置同TSE-IR T1测量。

1.3病理分析

MR检查后, 所有标本均用10%福尔马林溶液固定1周, 之后脱钙, 取与MR层面一致的软骨包埋, 切成8um薄片行特殊染色。其中, 甲苯胺兰染色用于评估软骨内GAG含量[9];天狼猩红-苦味酸染色用于评估软骨内的Ⅱ型胶原, 在偏振光显微镜 (polarized light microscopy, PLM) 下观察[10]。

1.4统计方法

配对t检验用于比较酶处理侧和对照侧软骨T2值、T1值及T1Gd值的统计学差别。对三种不同的酶处理方式, 采用单因素方差分析软骨T2值、T1值和T1Gd值的统计学差别;若存在统计学差别, 则进一步进行两两之间的比较。所有统计均采用SPSS 11.5软件。

2结果

2.1组织学结果

甲苯胺兰染色中, 对照侧软骨表浅层和部分中间层染色浅淡 (浅紫色) , 向软骨下骨方向染色逐渐加深 (深蓝色) ;经酶处理后, 各组软骨均表现为全层染色浅淡, 提示GAG含量均显著下降 (图1) 。

天狼猩红-苦味酸染色后, 对照侧软骨在PLM下显示正常的胶原支架结构。胰蛋白酶处理后, 胶原网络基本保留, 但纤维走行有所扭曲;胶原蛋白酶和混合酶处理后的软骨类似, 三维胶原网络均完全丧失, 表浅层和中间层部分纤维溶解, 深层纤维走行扭曲 (图2) 。

A.为对照侧软骨, 显示软骨浅表区域染色较淡, 向软骨下方向逐渐加深;B.为胰蛋白酶处理软骨;C.为胶原蛋白酶处理软骨;D.为混合酶处理软骨, 均显示软骨染色全层浅淡, 提示氨基葡聚糖显著丧失

A.为对照侧软骨, 显示正常的胶原网络支架;B.为胰蛋白酶处理软骨, 胶原支架基本保留, 但软骨中间层和深层胶原走行轻度扭曲;C.为胶原蛋白酶处理后, 显示网络支架破坏, 浅表区域胶原溶解丧失;D.为混合酶处理后, 显示网络支架破坏, 浅表区域胶原溶解丧失

2.2软骨弛豫时间定量测量

表1为酶处理侧和对照侧软骨的弛豫时间。经胶原蛋白酶和混合酶处理后, 软骨T2均可见明显增高, 但胰蛋白酶却没有导致T2显著增高。不管采用何种酶处理方式, 处理侧软骨T1均明显高于对照侧, 而T1Gd则明显低于对照侧。

三种酶处理方式比较, 处理侧软骨的T2值 (P<0.001) 及T1值 (P=0.001) 均存在统计学差异;进一步两两比较, 胶原蛋白酶和混合酶处理的T2 (P=0.913) 及T1值 (P=1.000) 均没有统计学差异, 但均明显高于胰蛋白酶处理时的T2值及T1值 (P<0.050) 。至于T1Gd值, 三种酶处理没有统计学差异 (P=0.400) 。三组对照侧软骨比较, 软骨T2值 (P=0.517) 、T1值 (P=0.122) 及T1Gd值 (P=0.532) 均无统计学差异

2.3软骨弛豫时间与生化成分的相关性

结合组织学和弛豫时间定量, 可以发现, 当软骨表现为GAG丧失而胶原基本完好时, T2不出现显著变化;当胶原结构明显破坏时, T2则显著增高。因此, T2主要反映软骨胶原结构的完整性, 与GAG相关性较小。

当软骨单纯GAG丧失时, T1明显增高;当在GAG丧失的基础上合并胶原网络破坏时, T1增高更为显著。因此, 软骨GAG丧失和胶原破坏均可影响T1, 而且后者影响更明显。

至于T1Gd, 只要存在软骨GAG丧失, T1Gd则显著降低。而且, 不论胶原结构是否破坏, T1Gd均无统计学差异。因此, T1Gd的决定因素为软骨GAG含量, 与胶原结构关联不大。

3讨论

3.1关节软骨的生化组成

关节软骨由细胞外基质和少量细胞构成, 细胞外基质中的主要实性生化成分为Ⅱ型胶原和蛋白多糖 (proteoglycans, PGs) 。组织学上, Ⅱ型胶原在表浅层平行排列, 在中间层随机排列, 在深层和钙化层垂直排列, 形成一个三维纤维框架支架。PGs为亲水大分子, 散在于胶原网络之间, 由核心蛋白和众多带有负电荷的GAG侧链构成, 在软骨浅层分布相对较少, 向软骨下骨方向逐渐增多[1]。

3.2弛豫时间反映软骨生化成分变化的可行性

通过生物酶消化软骨细胞外基质内的生化成分, 并与对照软骨相比较, 本研究证实了弛豫时间反映早期软骨生化成分变化的可行性。在测量的3种弛豫时间中, 处理软骨的T1和T1Gd均出现了显著变化, 其中T1明显高于对照侧, 而T1Gd则明显低于对照侧;T2尽管在胰蛋白酶处理时没有出现显著性变化, 但在软骨GAG和胶原共同破坏时表现为明显增高。

T1Gd反映软骨生化成分变化的能力在以前的离体[11、12]和活体[13、14]研究中也反复得到了证实。由于GAG带有负电荷, 当软骨存在于含阴离子MR对比剂 (如Gd-DTPA) 的环境中, Gd-DTPA2–可以替代性进入软骨, 在GAG含量多的区域进入较少 (对应的T1Gd高) , GAG含量少的区域进入较多 (对应的T1Gd低) , 因此可以根据T1Gd的差别明确软骨内的差别进而反映早期的软骨退变

T1反映早期软骨退变的能力在文献中则意见不一, 一般观点认为T1不足以反映[15]。但是, Gills等[14]在离体软骨中发现T1显著增高, Tiderius等[13]在活体研究中发现R1 (1/T1) 显著下降, 与本研究结果相符。确定T1的这种能力具有重要的临床实用性, 因为T1不需要引入MR对比剂, 也不需要延迟时间 (T1Gd常规需要90min以上的延迟时间) , 因此更为简单、可行。特别值得注意的是, 在早期软骨退变时, T1增大, 而T1Gd减小。

T2反映软骨胶原破坏的能力在文献中基本达成共识[14], 本研究后两种酶处理方式的结果也与这一共识相符。不过, 当软骨单纯表现为GAG丧失时, T2是否变化则存在争论。尽管Menezes等[16]认为胰蛋白酶处理可使T2显著增高, 但Henkelman等[15]和Nieminen等[12]分别提示胰蛋白酶和软骨素酶ABC处理均不能导致软骨T2发生显著性变化, 本研究结果符合后一观点。

3.3弛豫时间与软骨生化成分的相关性分析

由于单纯GAG丧失 (胰蛋白酶处理) 并不引起T2变化, 而胶原网络破坏则引起T2显著增高, 因此本研究首先确定了T2与胶原密切相关, 与GAG则关联较小。软骨胶原破坏后, 可通过3个机制影响软骨T2[3]: (1) 三维胶原网络支架结构破坏, 导致表浅层和深层纤维正常魔角效应的消失, 从而使T2增高; (2) 正常胶原支架有限制软骨水分过度增加的作用, 胶原破坏导致限制力降低, 因此软骨水含量增加, 从而升高T2; (3) 当胶原纤维分子结构改变时, 如胶原碎裂时, 水和胶原大分子间加强的相互作用导致T2值下降。因此, 胶原破坏时, 软骨T2的高低取决于上述3种机制的竞争效应, 但前两者通常占主导地位。

本研究发现, 软骨GAG丧失和胶原网络破坏均可影响T1, 而且后者的影响更为巨大。生化成分改变通过何种机制影响软骨T1目前并不清楚, 但Watanabe等[17]推测软骨内水分增多是重要原因。当胶原破坏后, 软骨内水分明显增多 (如前所述) , 软骨T1自然显著增大。但是, 当软骨表现为单纯GAG丧失时, 由于GAG事实上为亲水大分子, 软骨内水分并不一定增多, 何以T1也明显增大呢?我们认为, GAG丧失后, 软骨内水分子扩散运动相对自由化可能是其主要原因。此外, GAG丧失引起局部渗透压改变, 进而影响胶原水化程度也是可能原因之一。

在本研究中, T1Gd的主要决定因素为GAG含量, 与胶原的相关性不大, 这个结论与dGEMRIC技术基本原理一致。如前所述, 本质上dGEMRIC是通过电平衡来测量软骨内负电荷 (GAG为主) 含量, 而胶原为电中性物质, 因此相关性不大。当然, 在dGEMRIC中, 除GAG含量外, 软骨渗透率还受到周围环境Gd-DTPA2–浓度和软骨水含量的影响, 但Gu等[18]已经证实软骨渗透率与软骨水化呈线性相关, 与GAG减少则呈四次方相关。

3.4酶处理的非特异性

本研究发现, 生物酶对软骨生化成分并没有那么高的特异性。尽管胰蛋白酶主要消化GAG, 但对胶原结构也有一定的影响;胶原蛋白酶则同时消化GAG和胶原结构, 导致胶原破坏而GAG保留模型的失败。Wayne等[8]也注意到这种非特异性, 它对理想化软骨基质耗竭模型的建立造成负面影响, 从而影响弛豫时间与软骨生化成分的相关分析。

3.5本研究的不足

没有进行软骨生化成分的直接生化定量为本研究最大不足, 从而不能获得MR定量与生化定量的相关性。此外, 由于图像分辨率的限制, 本研究没有探讨层面内软骨弛豫时间的分布不均性 (自表浅层到深层) , 而这种不均已经在更高场强研究中得到证实[1,11]。

综上所述, 软骨MR弛豫时间 (T2, T1, 和T1Gd) 均可用以反映软骨细胞外基质生化成分的早期改变。其中, T2主要反映胶原结构的变化, T1Gd主要反映软骨内GAG的变化, 而T1同时受胶原和GAG的影响。

摘要：目的:探讨MR弛豫时间反映软骨生化成分变化的可行性及两者的相关性。材料和方法:离体牛软骨用胰蛋白酶处理10例、胶原蛋白酶处理7例、胰蛋白酶和胶原蛋白酶混合处理7例, 并设置相等数量的对照组, 然后测量软骨T1值、T2值及延迟钆增强软骨MR成像指数 (T1Gd) 。结果:①胰蛋白酶导致软骨氨基葡聚糖 (glycosamin-oglycan, GAG) 明显下降, 但胶原网络无显著改变;胶原蛋白酶和混合酶处理均导致GAG明显下降并胶原网络破坏。②胰蛋白酶处理后, 软骨T2 (43.1±5.4ms) 与对照组 (40.5±6.1ms) 无统计学差异, T1明显增高 (1009.4±93.1ms与872.0±79.8ms) , T1Gd明显降低 (124.3±39.8ms与145.8±54.3ms) 。③胶原蛋白酶处理后, 处理侧T2 (167.6±27.4ms) 和T1 (1351.9±205.2ms) 均明显高于对照侧 (44.0±8.1ms, 788.0±71.3ms) , 而T1Gd (112.1±12.9ms) 明显低于对照侧 (153.4±22.7ms) ;混合酶处理后, 处理侧T2 (184.9±69.5ms) 和T1 (1356.6±253ms) 也明显高于对照侧 (40.9±4.9ms, 783.3±43.7ms) , 而T1Gd (106.7±2.6ms) 也明显低于对照侧 (172.1±53.7ms) 。④胶原蛋白酶处理和混合酶处理的T2及T1均无统计学差异, 但均显著高于胰蛋白酶处理组。三种酶处理的T1Gd无统计学差异。结论:MR弛豫时间 (T2、T1、和T1Gd) 均可反映软骨生化成分的早期改变。其中, T2主要反映胶原的变化, T1Gd主要反映GAG的含量, 而T1则同时受胶原和GAG的影响。

结构弛豫 篇3

1 实验

采用ACRT+Bridgman法[6]制备PMN-32PT单晶,在日本岛津XRD6000型X射线衍射仪(Cu靶Kα)上进行单晶定向,确定单晶的[100] cub方向。采用QP-405型自动卧式内圆切割机并沿(100)晶面切割成厚度为0.8mm的片状样品。用制备金相的方法对晶体切面进行两面平行抛光至厚度为0.2mm。采用热台偏光显微镜DM2500P/THMSE600(带有刻度载物台)观察[100]cub切型PMN-32PT单晶的电畴形貌,测试条件为升温速率5℃/min,温度范围20～180℃。样品涂覆并烧制银电极,利用CJ2671S型耐压测试仪进行极化后,再采用HP4284精密阻抗分析仪和δ温箱组合测定试样介电温谱, 测试条件为升温速率3℃/min,温度范围20～180℃,测试频率分别为0.4kHz、1kHz、10kHz和100kHz。

2 结果与讨论

2.1 PMN-32PT单晶结构分析

图1为[100]cub切型的PMN-32PT单晶XRD图谱。与标准的钙钛矿XRD衍射谱线相比,谱线峰位一致,说明在该样品中并无其他多数方法制备弛豫铁电体而伴随的焦绿石相的产生,为纯钙钛矿结构。取一块定向后的单晶薄片进行衍射,图1中仅出现了(100)和(200)峰,说明此晶片为[100]cub切型。

2.2 PMN-32PT单晶介电温谱分析

图2为在极化状态下[100]cub切型PMN-32PT单晶的介电温谱。从图2可以看出,在加热过程中介电常数出现了2个峰值,分别对应三方-四方铁电相变温度Tt和四方铁电-立方顺电相变温度Tm。随着测试频率由0.4kHz增加到100kHz,Tm由137.8℃升高到150.7℃,呈现出典型的频率弥散,相变峰宽化,说明所生长的PMN-32PT单晶属于弛豫铁电材料。

2.3 未退火[100]cub切型PMN-32PT单晶的消光行为

图3为未退火[100]cub切型PMN-32PT单晶的电畴组态。如图3(a)所示,在未退火[100]cub切型单晶电畴组态中存在2种区域:一种是透光性较好的光学透明区域,其涉及尺度在2～3mm的若干均匀、明暗交替、干涉条纹的带状电畴组态;另一种是透光性较差的光学模糊区域,其涉及尺度在10mm左右、畴界不清晰、内部夹杂细小弯曲的连续性较差的不规则电畴组态。转动载物台45°后单晶的电畴组态如图3(b)所示,光学透明区域出现均匀一致的消光,说明室温下该单晶的消光角为45°。由文献[7]可知,在[100]cub切型PMN-32PT单晶中R、M相在室温下的消光角为45°,而T、MC的消光角为0°。由此判断,室温下PMN-32PT单晶样品不存在T相和MC相。继续转动载物台360°,光学透明区域出现4次完全消光,说明在室温下光学透明区域为三方相,不可能是两相共存。光学模糊区域是制备样品时由于机械应力诱导非本征电畴引起的,非本征电畴在机械应力反复作用下形成畴界结构不清晰、宽度较大的宏畴,与本征电畴相互干扰导致消光不完全。

2.4 升温过程中cub切型PMN-32PT单晶的电畴行为

图4为不同温度下[100]cub切型PMN-32PT单晶的电畴组态。图4(a)中本征电畴和非本征电畴组态无明显变化,由于晶体的加热温度低于铁电相变温度,晶体仍处于铁电相区(三方相),无铁电相变发生,引入机械应力未能释放,电畴组态保持原生长方式。图4(b)中本征电畴畴壁开始做相对运动,电畴宽度变窄,边缘不平整,畴壁连续性较差,条带紧凑;非本征电畴组态无明显改善,继续保持畴界结构不清晰、宽度较大。图4(c)中本征电畴条带宽度较宽,边缘不平整呈劈尖状,从一侧向另外一侧生长;然而机械应力诱导非本征电畴消失,表明晶体已经完成三方-四方相变,处于四方相区,机械应力得到充分释放。图4(d)中呈现本征电畴长大、扩张和合并的过程,表明在四方相中的电畴受温度场的影响出现了极化反转;但样品左侧边缘的电畴消失,出现完全消光区域,表明四方-顺电相变开始。图4(e)、(f)中试样完全消光区域和未消光区域存在明显界面,随着加热温度的升高,界面缓慢运动并扫过整个试样,呈现出完全消光状态直至四方-顺电相变结束。

分析可知,随着加热温度的升高,[100]cub切型PMN-32PT单晶畴态的变化和运动呈现连续性,无明显的突变存在,这正是弛豫铁电晶体具有“弥散性”相变特征的体现。在升温过程中由于畴壁先进行相对运动,畴带细化;随着温度的升高,畴壁扩展,尺寸增大,具有一定规律性的变化。在温度不高时(～86℃),晶体中大部分区域处于铁电相;升高温度(90℃),部分区域开始三方-四方相变,并形成了四方相区域;温度进一步升高,更多的区域转变为四方相;当处于较高温度时(144℃),晶体中所有的区域相变结束,形成单一四方相。在相变过程中出现相变部位的先后顺序具有显著的方向性,其运动发端于试样的一侧而向另一侧缓慢运动直至扫过整个试样。同理,晶体铁电-顺电转变的过程是缓慢渐进的,但是三方-四方相变与铁电-顺电相变先后次序刚好相反,其原因在于该晶体成分分布不均匀,呈梯度分布。该过程反映在畴壁运动和相变完成需要一定的温度区间(168～177℃),温度跨度为9℃,亦是弛豫铁电体弛豫性和其“弥散相变”本质的体现。

3 结论

采用ACRT+Bridgman法制备出弛豫铁电PMN-32PT单晶,其电畴组态演变与温度有关。在升温过程中,非本征电畴经历三方-四方铁电相变后消失。本征电畴组态的变化表现为2个阶段:第一阶段畴在三方、四方铁电相先细化后宽化,第二阶段进行铁电-顺电相变,整个铁电-顺电相变过程缓慢且持续温度范围为9℃,与出现三方-四方相变次序相反。

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