非常有用的固體物理實驗方法課第3章_光學(xué)顯微分析

1、3.1 3.1 概述概述1625年，人門第一次把一個放大用的工具命名為顯微鏡，直到1655年才開始用在科學(xué)上。 1665） 1665 列文虎克和他的顯微鏡（約1680）18世紀(jì)單筒顯微鏡 18世紀(jì)雙筒顯微鏡19世紀(jì)雙筒顯微鏡光學(xué)顯微鏡3、 透鏡的像差光的折射特點：（1）介質(zhì)中光傳播的速度越大，則該介質(zhì)的折射率越?。?（2）光在真空中的傳播速度最大。（3）同一介質(zhì)的折射率因所用光波波長而異（折射率色散） 對于同一介質(zhì)，光波的波長與折射率成反比。 abABNIirII21sinsinnriri 光在傳播過程中，如果遇到障礙物，其傳播方向會發(fā)生變化，能繞過障礙物的邊緣而繼續(xù)前進而發(fā)生衍射現(xiàn)象。SS1

2、S2S1S2S1S2能分辨能分辨恰能分辨恰能分辨不能分辨不能分辨 瑞利判據(jù)（瑞利判據(jù)（ReyleighReyleighs criterions criterion）：）：S1S2I對玻璃透鏡，取最大孔徑半角a = 7075，在物方介質(zhì)為油的情況下，n 1.5，則其數(shù)值孔徑n sina =1.25 1.35，上式可簡化為 如果兩個物點靠近，相應(yīng)的兩個Airy斑也逐漸重疊當(dāng)斑中心間距等于Airy 斑半徑時，強度峰谷值相差19，人眼可以分辨。210r可見光的波長范圍是390nm-760nm,nmr2000sin61. 00nr 單色像差（球差、像場彎曲、像散）色差P象P透鏡物P光軸球差球差RsMRr

3、ssRs越小，透鏡的分辨率越高透鏡物P光軸色差色差紫紅LDMMMff目物目物AB物鏡AB目鏡ABDLf目LAB物鏡目鏡A1B1B3A3f2D修改圖機械和支架系統(tǒng)濾光片組成光學(xué)放大系統(tǒng)照明系統(tǒng)物鏡光源聚光鏡目鏡光學(xué)顯微鏡基本結(jié)構(gòu)光學(xué)顯微鏡基本結(jié)構(gòu)：1. 照明燈照明燈2. 聚光器聚光器3. 載物臺和切片夾載物臺和切片夾4. 推進器推進器5. 物鏡物鏡6. 粗細(xì)螺旋粗細(xì)螺旋7. 目鏡目鏡8. 照相機等接口照相機等接口 物鏡是光學(xué)顯微鏡成像系統(tǒng)中決定其分辨率（分辨本領(lǐng)）的最關(guān)鍵部件。色差校正使可見光中紅光和藍(lán)光聚焦于一點，而黃綠光則聚焦于另一點。能夠消除光譜中紅光和藍(lán)光所形成的色差。這種物鏡與目鏡配用

4、時可達到消色差物鏡所要求的光學(xué)性能。 等。light source）聚光鏡（聚光鏡（condensercondenser） 光源射出的光線通過聚光器匯聚成光錐照射標(biāo)本，增強明度和造成適宜的光錐角度，提高物鏡的分辨力。聚光器由聚光鏡和虹彩光圈組成。調(diào)節(jié)聚光鏡的高度和虹彩光圈的大小，可得到適當(dāng)?shù)墓庹蘸颓逦膱D像。 濾光片（濾光片（filterfilter） 選用適當(dāng)?shù)臑V光片，可以提高分辨力，增加影像的反差和清晰度。濾光片有紫、青、藍(lán)、綠、黃、橙、紅等各種顏色的，分別透過不同波長的可見光，可根據(jù)標(biāo)本本身的顏色，在聚光器下加相應(yīng)的濾光片。 取樣取樣 鑲樣鑲樣 磨光磨光 拋光拋光 顯示顯示磨 制 究竟選

5、用何種方法，則視零件的大小、性質(zhì)、究竟選用何種方法，則視零件的大小、性質(zhì)、材質(zhì)和熱處理工藝等具體條件而定，但截取的試樣材質(zhì)和熱處理工藝等具體條件而定，但截取的試樣必須保證觀察面的組織不受到影響。必須保證觀察面的組織不受到影響。截取金相試樣的方法很多，方法和種類如圖所示。截取金相試樣的方法很多，方法和種類如圖所示。金相試樣切割機金相試樣切割機1 1、取樣、取樣試樣截取方法氣割機械法線切割砂輪切割鋸機床打斷車床銑床 刨床2 2、鑲樣、鑲樣小試樣的夾持方法小試樣的夾持方法（a）薄片試樣；）薄片試樣； （b）塊狀試樣）塊狀試樣 一般情況下，如果試樣大小合適，則不需要鑲樣，但試樣尺寸過小或形狀極不規(guī)則者

6、，如帶、絲、片、管，制備試樣十分困難，就必須把試樣鑲嵌起來。 熱鑲樣機熱鑲樣機熱鑲嵌熱鑲嵌-鑲嵌材料有熱固性塑料(如電木粉)、熱塑性塑料(如聚氯乙烯) 。電木粉不透明，有各種顏色，比較硬，試樣不易倒角，但耐腐蝕性能比較差；聚氯乙烯為半透明或透明的，耐腐蝕性能好，但較軟。鑲樣均需用專門的鑲樣機加壓加熱成型。冷鑲嵌冷鑲嵌-對溫度及壓力極敏感的材料(如淬火馬氏體與易發(fā)生塑性變形的軟金屬)，以及微裂紋的試樣。環(huán)氧樹脂、牙托粉鑲嵌法對粉末金屬，陶瓷多孔性試樣特別適用。3 3、磨光、磨光 手工磨光是把砂紙平置于玻璃板上，然后將試手工磨光是把砂紙平置于玻璃板上，然后將試樣用手輕壓在砂紙上作同前平推、提起、拉

7、回，再樣用手輕壓在砂紙上作同前平推、提起、拉回，再向前平推三個基本動作，直到這一道磨光工序符合向前平推三個基本動作，直到這一道磨光工序符合要求為止。要求為止。 （2）細(xì)磨的目的是消除粗磨時留下的較深的磨痕，為下一步拋光打好基礎(chǔ)。 （1）粗磨的目的是整平試樣，并磨成合適的形狀,通常在砂論機上進行。 試樣經(jīng)過切削磨光后變形層厚度變化示意圖金相砂紙的規(guī)格金相砂紙的規(guī)格水磨砂紙的編號、粒度號與粒度尺寸水磨砂紙的編號、粒度號與粒度尺寸4、拋光、拋光機械拋光是當(dāng)前應(yīng)用最廣的拋光方法，它是在專門的金相試樣拋光機上進行的。細(xì)磨后的試樣經(jīng)沖洗（避免粗磨粒帶入拋光工序）后，將其磨面輕輕地置于拋光盤上進行拋光。 拋

8、光用的織物可用粘結(jié)劑粘在拋拋光用的織物可用粘結(jié)劑粘在拋光盤表面，也可用套圈箍緊在拋光盤光盤表面，也可用套圈箍緊在拋光盤上?？椢锏淖饔檬潜４鎾伖鈩┖湍Σ辽稀？椢锏淖饔檬潜４鎾伖鈩┖湍Σ聊ッ媸怪饬痢Ｄッ媸怪饬?。 拋光粉有不同粒度，分成拋光粉有不同粒度，分成W7、W5、W3直到直到W0.25等。等。W7表示最表示最粗磨粒直徑為粗磨粒直徑為7m；如此類推。；如此類推。拋光機拋光機拋光的目的是要盡快把磨光留下的細(xì)微磨痕成為光亮無痕的鏡面。金相試樣的拋光基本分為：機械拋光、電解拋光、化學(xué)拋光三類。 電解拋光裝置與電解光原理 (a) 電解拋光裝置 （b）電解拋光原理4、顯示、顯示常用的組織的顯示方法：電

9、解侵蝕-一般針對兩相（或合金）的侵蝕。化學(xué)侵蝕-一般針對純金屬或均勻單相合金的侵蝕。 試樣機械拋光后，在顯微鏡下，只能看到光亮的磨面及夾雜物等。要對試樣的組織進行顯微分析，還必須讓試樣經(jīng)過腐蝕。 純金屬及單相合金化學(xué)腐蝕示意圖由于晶界上原子排列不規(guī)則，具有較高自由能，所以晶界易受腐蝕而呈凹溝，使組織顯示出來， 金屬材料常用的腐蝕劑金屬材料常用的腐蝕劑cE EH H光波是橫波，光波是橫波，E E、HH、v v三者都是垂直的。可引起人的視三者都是垂直的?？梢鹑说囊曈X的只有覺的只有 E E 矢量，矢量，故稱故稱E E 矢量矢量為為光矢量。光矢量。播播傳傳方方向向振振動動面面面面向向播播動動振振方方

10、傳傳線偏振光的獲得線偏振光的獲得線偏振光線偏振光1 1、用偏振片獲得線偏振光、用偏振片獲得線偏振光偏振化方向偏振化方向Z偏振片偏振片2、用雙折射法獲得偏振光、用雙折射法獲得偏振光O O光（尋常光）光（尋常光）遵守折射定律遵守折射定律e e光（非常光）光（非常光）不遵守折射定律不遵守折射定律ACBoeDeo原理：原理：把自然光分成尋常把自然光分成尋常光和非尋常光，然后利用全光和非尋常光，然后利用全反射把尋常光反射到棱鏡側(cè)反射把尋常光反射到棱鏡側(cè)壁上，只讓非尋常光通過，壁上，只讓非尋常光通過，從而獲得一束振動方向固定從而獲得一束振動方向固定的線偏振光。的線偏振光。904868光軸光軸加拿大膠加拿大膠658.1on468.1en55.1n光e光o對于對于o光光nno產(chǎn)生全反射產(chǎn)生全反射對于對于e光光nne可以透過，則獲得偏振光?？梢酝高^，則獲得偏振光。尼克爾棱鏡比較貴尼克爾棱鏡比較貴, ,多用于高級光學(xué)實驗。多用于高級光學(xué)實驗。加工后將兩塊方解石用加工后將兩塊方解石用加拿大膠粘合起來，加拿大膠粘合起來，布儒斯特角布儒斯特角線偏振光線偏振光3、用反射和折射法獲得偏振光、用反射和折射法獲得偏振光2i0290 iibbbininincossinsin222112nntgib布儒斯特定律布儒斯特定律2n1i1n2nbi1n1、目鏡，2、鏡筒，3、勃氏鏡，4、粗動手輪，5、微調(diào)