材料研究方法光學顯微鏡

（優(yōu)選）材料研究方法光學顯微鏡現(xiàn)在是1頁\一共有56頁\編輯于星期五2.1概述一、發(fā)展歷史羅伯特·虎克制造的顯微鏡（1665）現(xiàn)在是2頁\一共有56頁\編輯于星期五15世紀中葉：放大鏡（單式顯微鏡）1590年荷蘭HansandZachariasJanssen：最早的復式顯微鏡17世紀中葉R.Hooke：設計第一臺性能較好的顯微鏡ChristiaanHuygens：惠更斯目鏡19世紀德國ErnstAbbe：闡明光學顯微鏡成像原理，油浸系物鏡，光學顯微鏡分辨本領達0.2微米理論極限現(xiàn)在是3頁\一共有56頁\編輯于星期五二、光學顯微鏡分類按成像原理可分為：幾何光學顯微鏡：生物、金相顯微鏡物理光學顯微鏡：相差、偏光顯微鏡信息轉(zhuǎn)換顯微鏡：熒光、圖像分析顯微鏡特種光學顯微鏡：高溫、近場光學顯微鏡現(xiàn)在是4頁\一共有56頁\編輯于星期五相位差顯微鏡透射光顯微鏡反射光顯微鏡解剖顯微鏡現(xiàn)在是5頁\一共有56頁\編輯于星期五2.2晶體光學基礎一、光的物理性質(zhì)1.光的波動性光具有波粒二象性

波動學說解釋晶體光學光是橫波

光波的振動方向垂直傳播方向橫波現(xiàn)在是6頁\一共有56頁\編輯于星期五電磁波譜

光學顯微鏡使用可見光390~770nm現(xiàn)在是7頁\一共有56頁\編輯于星期五2.自然光和偏振光自然光：在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)的任意方向振動。偏振光：只在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)的某一方向振動?，F(xiàn)在是8頁\一共有56頁\編輯于星期五二、光與固體物質(zhì)的相互作用1.光的折射特點:

①介質(zhì)的折射率與光在介質(zhì)中的傳播速度成反比②光在真空中的傳播速度最大，N>1

③折射率色散:同一介質(zhì)的折射率因為所用波長的不同而不同；對于同一介質(zhì)，波長與折射率成反比④晶體的折射率色散能力

現(xiàn)在是9頁\一共有56頁\編輯于星期五2.光的吸收3.光的反射光的振幅隨透入深度增大而減小。單向反射漫反射反射力：物質(zhì)對投射在它的表面或磨光面上光線的反射能力反射率：

R=(Ir/Ii)×100%現(xiàn)在是10頁\一共有56頁\編輯于星期五三、光在物質(zhì)中的傳播1.光性均質(zhì)體

各向同性介質(zhì)

光的傳播速度不因振動方向而發(fā)生改變只有一個折射率 單折射現(xiàn)象：光波的振動特點和振動方向不變等軸晶系（立方）、非晶物質(zhì)現(xiàn)在是11頁\一共有56頁\編輯于星期五2.光性非均質(zhì)體

各向異性介質(zhì)

光在非均質(zhì)體中傳播時，傳播速度和折射率值隨振動方向的不同而發(fā)生改變。

光波入射非均質(zhì)體，除特殊方向(光軸)外，分解成為振動方向互相垂直、傳播速度不同、折射率不等的兩種偏振光，這種現(xiàn)象就稱為雙折射。一軸晶：中級晶族（如四方）二軸晶：低級晶族（如斜方）現(xiàn)在是12頁\一共有56頁\編輯于星期五冰洲石的雙折射現(xiàn)象oe冰洲石現(xiàn)在是13頁\一共有56頁\編輯于星期五

一束自然光穿過各向異性的晶體時分成兩束偏振光的現(xiàn)象。

例如：白紙上涂一個黑點，將方解石放在紙上，可觀察到兩個黑點，旋轉(zhuǎn)方解石，一個黑點不動，另一個黑點旋轉(zhuǎn)。雙折射現(xiàn)象現(xiàn)在是14頁\一共有56頁\編輯于星期五四、光率體

含義：是表示光波在晶體中傳播時，光波振動方向與相應折射率值之間關系的一種光學立體圖形（光性指示體）。1.均質(zhì)體光率體①是一個圓球體。②切面為圓切面，半徑代表折射率現(xiàn)在是15頁\一共有56頁\編輯于星期五2.一軸晶光率體常光：振動方向垂直光軸，且各方向折射率相等，No非常光：振動方向平行于光軸和傳播方向構成的平面，且折射率隨振動方向而變化，Ne（1）一軸晶光率體的構成現(xiàn)在是16頁\一共有56頁\編輯于星期五（2）主要特征①一軸正晶光率體：以c軸為旋轉(zhuǎn)軸的長形旋轉(zhuǎn)橢球體，光波平行光軸振動時的折射率總是比垂直光軸振動時的折射率大，Ne＞No。②一軸負晶光率體：以c軸為旋轉(zhuǎn)軸的扁形旋轉(zhuǎn)橢球體，光波平行光軸振動時的折射率總是比垂直光軸振動時的折射率小，Ne＜No。③Ne與No為一軸晶礦物折射率的最大值與最小值，稱為主折射率。Ne與No之差值（Ne-No）為一軸晶礦物最大雙折率現(xiàn)在是17頁\一共有56頁\編輯于星期五（3）

主要切面現(xiàn)在是18頁\一共有56頁\編輯于星期五①垂直光軸切面

圓切面，半徑等于No，光波垂直這種切面入射時，不發(fā)生雙折射。折射率為No。②平行光軸切面

橢圓切面，長短半徑分別等于No與Ne，光波垂直這種切面入射時，發(fā)生雙折射，兩條偏光的振動方向分別平行橢圓切面長、短半徑，折射率分別等于橢圓切面的長、短半徑。雙折射率為No和Ne之差現(xiàn)在是19頁\一共有56頁\編輯于星期五③斜交光軸切面橢圓切面，長短半徑分別等于No與N’e，光波垂直這種切面入射時，發(fā)生雙折射，兩條偏光的振動方向分別平行橢圓切面長、短半徑，折射率分別等于橢圓切面的長、短半徑No與N’e，。雙折射率為No和N’e之差。光波垂直入射圓切面，不發(fā)生雙折射。垂直入射橢圓切面，發(fā)生雙折射?，F(xiàn)在是20頁\一共有56頁\編輯于星期五五、光性方位

含義：光率體主軸與晶體晶面、結晶軸以及晶棱之間的關系。

不同晶體的光性方位不同，而同一晶體的光性方位基本固定，故確定光性方位可以幫助鑒定晶體?，F(xiàn)在是21頁\一共有56頁\編輯于星期五2.3光學顯微分析方法一、偏光顯微鏡觀察透明晶體現(xiàn)在是22頁\一共有56頁\編輯于星期五1.偏光顯微鏡的構造1、目鏡，2、鏡筒，3、勃氏鏡，4、粗動手輪，5、微調(diào)手輪，6、鏡臂，7、鏡座，8、上偏光鏡，9、試板孔，10、物鏡，11、載物臺，12、聚光鏡，13、鎖光圈，14、下偏光鏡，15、反光鏡☆鏡臂☆鏡座現(xiàn)在是23頁\一共有56頁\編輯于星期五☆下偏光鏡：用PP代表振動方向☆鎖光圈☆聚光鏡：凸透鏡，形成錐形偏光☆反光鏡：平、凹兩面現(xiàn)在是24頁\一共有56頁\編輯于星期五☆載物臺游標尺、彈簧夾☆鏡筒粗動螺絲、微動螺絲☆試板孔現(xiàn)在是25頁\一共有56頁\編輯于星期五☆物鏡復式透鏡放大倍數(shù)40×數(shù)值孔徑0.65機械筒長∞/0數(shù)值孔徑表示物鏡的聚光能力，放大倍數(shù)越高，數(shù)值孔徑越大；對于同一放大倍數(shù)的物鏡，其數(shù)值孔徑越大，分辨率越高。現(xiàn)在是26頁\一共有56頁\編輯于星期五☆

目鏡

☆上偏光鏡振動方向AA與PP垂直☆勃氏鏡顯微鏡總放大倍數(shù)=目鏡放大倍數(shù)×物鏡放大倍數(shù)現(xiàn)在是27頁\一共有56頁\編輯于星期五2.顯微鏡的工作原理光學顯微鏡具有二級放大的功能現(xiàn)在是28頁\一共有56頁\編輯于星期五3.偏光顯微鏡的調(diào)節(jié)和校正(1)裝卸鏡頭a.裝卸目鏡

單目鏡筒，將目鏡插入鏡筒

雙目鏡筒，還需調(diào)節(jié)兩個目鏡之間的距離，使眼睛間距與雙筒視域一致。b.裝卸物鏡①彈簧夾型②轉(zhuǎn)盤型③螺絲扣型現(xiàn)在是29頁\一共有56頁\編輯于星期五(2)調(diào)節(jié)照明（對光）①用自然光照明，需要調(diào)節(jié)反光鏡，反光鏡有平面鏡和凹面鏡兩種。②用人工光源照明，需要調(diào)節(jié)電壓旋鈕，電壓越高，亮度越大。(3)調(diào)整偏光鏡位置目鏡中全黑時，則上、下偏光鏡的偏振方向正交；而光線最強時，則相互平行。現(xiàn)在是30頁\一共有56頁\編輯于星期五(4)調(diào)節(jié)焦距(對焦)從側面看著鏡頭，先旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪，使它處于中間位置，再轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪將鏡筒下降使物鏡靠近試樣玻片。然后在觀察試樣的同時慢慢上升鏡筒，直至看清物體的像，再左右旋動微調(diào)手輪使物體的像最清晰。

切勿在觀察時用粗調(diào)手輪調(diào)節(jié)下降，否則物鏡有可能碰到玻片硬物而損壞鏡頭?，F(xiàn)在是31頁\一共有56頁\編輯于星期五(5)調(diào)整載物臺機械中心載物臺通常作360°轉(zhuǎn)動，為了防止觀察目標移出視域，必須將載物臺的機械中心和物鏡的主軸相重合?，F(xiàn)在是32頁\一共有56頁\編輯于星期五現(xiàn)在是33頁\一共有56頁\編輯于星期五4.偏光顯微鏡的試樣現(xiàn)在是34頁\一共有56頁\編輯于星期五5.偏光顯微鏡的使用(1)單偏光鏡

僅使用下偏光鏡可觀察內(nèi)容：晶體形態(tài)、晶粒大小、含量、解理、突起、顏色等。針狀、棒狀鱗石英

雪花狀鱗石英

管柱狀鱗石英現(xiàn)在是35頁\一共有56頁\編輯于星期五(2)正交偏光鏡

使用上、下偏光鏡，且振動面相互垂直正交偏光鏡不放試樣時，視域是黑暗的；若放置試樣，由于晶體性質(zhì)和切片方向不同，將出現(xiàn)消光和干涉等光學現(xiàn)象?，F(xiàn)在是36頁\一共有56頁\編輯于星期五晶體在正交偏光鏡下呈現(xiàn)黑暗的現(xiàn)象。消光現(xiàn)象全消光：轉(zhuǎn)動物臺360°,消光現(xiàn)象不改變。均質(zhì)體或非均質(zhì)體垂直光軸的切片四次消光：轉(zhuǎn)動物臺360°,出現(xiàn)四次消光。非均質(zhì)體除垂直光軸以外的切片為橢圓，長、短半徑與上、下偏光振動方向AA、PP有四次平行的機會。四次消光是非均質(zhì)體的特征現(xiàn)在是37頁\一共有56頁\編輯于星期五

干涉條件：兩束光振動頻率相同，在同一平面內(nèi)振動，且存在光程差。干涉現(xiàn)象單色光干涉：明暗相間的條帶現(xiàn)在是38頁\一共有56頁\編輯于星期五白光干涉：干涉色現(xiàn)在是39頁\一共有56頁\編輯于星期五(3)錐光鏡正交鏡基礎上，加聚光鏡，換高倍物鏡觀察內(nèi)容：不同方向的入射光通過晶體后，所產(chǎn)生的消光和干涉現(xiàn)象的總和，稱為干涉圖（黑十字）。現(xiàn)在是40頁\一共有56頁\編輯于星期五球晶的黑十字消光現(xiàn)象現(xiàn)在是41頁\一共有56頁\編輯于星期五二、金相顯微鏡研究不透明物體（薄片厚度在0.03mm以上）的光學性質(zhì)。1.金相顯微鏡的構造和工作原理現(xiàn)在是42頁\一共有56頁\編輯于星期五1-燈泡；2-聚光鏡組1；3-聚光鏡組2；4-半反射鏡；5-輔助透鏡1；6-物鏡組；7-反光鏡；8-孔徑光闌；9-視域光闌；10-輔助透鏡2；11,12-棱鏡；13-場鏡；14-接目鏡現(xiàn)在是43頁\一共有56頁\編輯于星期五(1)光源：低壓白熾燈,位于鏡筒側面(2)孔徑光闌：控制入射光束的直徑，影響分辨率和反差

視域光闌：控制觀察區(qū)域范圍(3)垂直照明器:光路行程換向主要由光學系統(tǒng)(包括目鏡、物鏡等)、機械系統(tǒng)(包括座架、調(diào)焦裝置、樣品臺等)、照明系統(tǒng)(包括光源、光闌、垂直照明器)組成?，F(xiàn)在是44頁\一共有56頁\編輯于星期五玻片：光強損失大，視域亮度較弱，有害反射較多；亮度均勻、分辨率較高棱鏡：光線損失較少，視域明亮，有害的干擾反射光少；明暗不均、分辨率下降垂直照明器的種類：現(xiàn)在是45頁\一共有56頁\編輯于星期五(4)照明方式a.明場照明術金相顯微鏡中常用的照明方式。光線均勻照到光片表面，平坦表面將大部分光反射回物鏡，凹陷部分則將光散射到物鏡外面，造成明暗反差和顏色反差?，F(xiàn)在是46頁\一共有56頁\編輯于星期五b.暗場照明術環(huán)形光束經(jīng)拋物面反射鏡以大傾斜角投射到樣品表面。平坦表面的反射不能進入物鏡，呈黑暗色；物相的裂紋、凹陷、界面等的部分散射光線有可能射入物鏡而呈現(xiàn)明亮色，從而造成了極明顯的明暗反差或顏色反差?，F(xiàn)在是47頁\一共有56頁\編輯于星期五明場相暗場相現(xiàn)在是48頁\一共有56頁\編輯于星期五2.金相顯微鏡的調(diào)節(jié)和使用主要包括光源、照明器、鏡筒、孔徑光闌和視場光闌的調(diào)節(jié)?？捎^察內(nèi)容：試樣表面相的形貌、尺寸、分布、顏色等?，F(xiàn)在是49頁\一共有56頁\編輯于星期五2.4光學顯微分析樣品的制備取樣鑲嵌磨光浸蝕拋光代表性，鋸、車、刨、切，避免過熱和變形，規(guī)則外形，合適大小。機械夾持法、塑料鑲嵌法（熱-酚醛，冷-環(huán)氧）去除表面損傷，獲得平整光滑表面。粗磨（砂輪機）、細磨（砂紙），磨去上一道的磨痕和變形層去除細磨痕，獲得平整無疵鏡面。機械拋光（拋光機）、電解拋光、化學拋光使不同組織、晶粒、晶界受到不同程度的浸蝕，形成差別，清晰顯示內(nèi)部組織。化學浸蝕、電解浸蝕、物理蝕刻現(xiàn)在是50頁\一共有56頁\編輯于星期五現(xiàn)在是51頁\一共有56頁\編輯于星期五2.5光學顯微分析技術的進展一、光學顯微鏡的分辨能力

分辨率：儀器分辨兩個物點的