第九章光學顯微

1、小麥原淀粉小麥原淀粉 糊化后小麥淀粉糊化后小麥淀粉 2022-2-24列文虎克在列文虎克在17世紀中世紀中期制作的復式顯微鏡期制作的復式顯微鏡20世紀初的顯微鏡世紀初的顯微鏡多用途顯微鏡多用途顯微鏡2022-2-24光學顯微鏡分類光學顯微鏡分類幾何光學顯微鏡幾何光學顯微鏡 生物、倒置、金相金相、暗視野顯微鏡等。物理光學顯微鏡物理光學顯微鏡 偏光偏光、相差、干涉、相差偏光、相差干涉、相差熒光顯微鏡等。信息轉(zhuǎn)換顯微鏡信息轉(zhuǎn)換顯微鏡 熒光、圖像分析、聲學、照相、電視顯微鏡及顯微分光光度計等。特種光學顯微鏡特種光學顯微鏡 高溫、近場光學顯微鏡等。一一 光的物理本質(zhì)光的物理本質(zhì)二二 光學顯微分析原理光學

2、顯微分析原理 三三 偏光顯微鏡和相差顯微鏡的原理與偏光顯微鏡和相差顯微鏡的原理與構(gòu)造構(gòu)造本章提綱本章提綱四四 光學顯微分析制樣方法光學顯微分析制樣方法 五五 光學顯微分析在材料研究中的應用光學顯微分析在材料研究中的應用2022-2-24青藍第一節(jié)第一節(jié) 光的物理本質(zhì)光的物理本質(zhì) 一一 波粒波粒二象性二象性2022-2-24色散實驗色散實驗二二 自然光與偏振光自然光與偏振光1 自然光自然光2022-2-24等效等效 迎光矢量圖上，線迎光矢量圖上，線偏振光是一條直線。偏振光是一條直線。 垂直于光傳播方向的垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，右旋圓偏振光平面內(nèi)，右旋圓偏振光的電矢量隨時間變化示的電矢量隨時間變

3、化示意圖意圖2022-2-24左旋橢圓偏振光左旋橢圓偏振光電矢量隨時間逆時針旋轉(zhuǎn)電矢量隨時間逆時針旋轉(zhuǎn)一一 光學顯微鏡成像原理光學顯微鏡成像原理第二節(jié)第二節(jié) 光學顯微分析原理光學顯微分析原理單個透鏡成像，單個透鏡成像，光路等效光路等效為：為：物物S像像SL單目與雙目光學金相顯微鏡單目與雙目光學金相顯微鏡2022-2-24 平行光經(jīng)凸透鏡平行光經(jīng)凸透鏡會聚，在焦平面上形會聚，在焦平面上形成的衍射圖樣成的衍射圖樣 點物成像，會形成一個一定大小的點物成像，會形成一個一定大小的愛里斑愛里斑(Airy disk)。由于衍射現(xiàn)象，會使圖像邊緣變得模糊不清，。由于衍射現(xiàn)象，會使圖像邊緣變得模糊不清，分辨率下

4、降。分辨率下降。二二 光學顯微鏡主要參數(shù)光學顯微鏡主要參數(shù)1 分辨率分辨率Df愛里斑愛里斑愛里斑直徑：愛里斑直徑：第一級暗環(huán)直徑第一級暗環(huán)直徑 d 中央明紋區(qū)域，邊界是第一級暗紋極小值中央明紋區(qū)域，邊界是第一級暗紋極小值第一暗環(huán)對應的半張角第一暗環(huán)對應的半張角 理論計算：理論計算：0sin222. 10nd)aperture Numerical( .sinANn 點物點物S和和S1 對透鏡中心對透鏡中心 O 的張角的張角 ，等于其分，等于其分別相應的中央零級衍射中心別相應的中央零級衍射中心S、 S1 對對O的張角。的張角。如圖，可分辨這兩個物點；當兩個物點距離足夠如圖，可分辨這兩個物點；當兩個

5、物點距離足夠小時，就有能否分辨的問題。小時，就有能否分辨的問題。 瑞利判據(jù)：瑞利判據(jù)：點物點物S1的愛里斑中心恰好與另一個的愛里斑中心恰好與另一個點物點物S2的愛里斑邊緣相重合時，恰可分辨兩物點。的愛里斑邊緣相重合時，恰可分辨兩物點。S1SSS1LO2022-2-24可分辨可分辨恰可分辨恰可分辨不可分辨不可分辨S1S2S1S2S1S2兩愛里斑中心距兩愛里斑中心距d d0 0恰好等于愛里斑半徑恰好等于愛里斑半徑2022-2-24 電子顯微鏡以加速的電子束代替自然光束，波長約電子顯微鏡以加速的電子束代替自然光束，波長約0.1nm，用來觀察物質(zhì)結(jié)構(gòu)。，用來觀察物質(zhì)結(jié)構(gòu)。波長波長鏡頭直徑鏡頭直徑 天文

6、望遠鏡口徑天文望遠鏡口徑很大：世界最大的天很大：世界最大的天文望遠鏡直徑文望遠鏡直徑16米，米，智利。智利。2 放大倍數(shù)放大倍數(shù)M =OM/眼=1000 3 數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑 N. A.=n sin0 4 焦深焦深(焦點深度或焦焦點深度或焦長長)：透鏡像平面允許的軸向偏差：透鏡像平面允許的軸向偏差景深景深：透鏡物平面允許的軸向偏差：透鏡物平面允許的軸向偏差第三節(jié)第三節(jié) 光學顯微鏡的原理和構(gòu)造光學顯微鏡的原理和構(gòu)造 一一 偏光顯微鏡偏光顯微鏡 1 原理原理 2 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) P21單偏光顯微鏡單偏光顯微鏡正交偏光顯微鏡正交偏光顯微鏡二二 相差顯微鏡相差顯微鏡 1 原理原理 2 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)環(huán)形光闌環(huán)形光

7、闌位相板位相板共軛面共軛面補償面補償面1 取樣取樣(Sampling) 代表性的部位代表性的部位; 軟金屬：手鋸或鋸床切割；軟金屬：手鋸或鋸床切割； 硬而脆的材料硬而脆的材料(如白口鑄鐵如白口鑄鐵)：錘擊；：錘擊； 極硬材料極硬材料(如淬火鋼如淬火鋼)：砂輪切片機或線切割；：砂輪切片機或線切割； 大工件：氧氣切割大工件：氧氣切割 試樣大小試樣大小: 直徑直徑(12-15)mm、高度、高度(或邊長或邊長)12-15mm的圓柱體或正方體。的圓柱體或正方體。第四節(jié)第四節(jié) 光學顯微分析制樣方法光學顯微分析制樣方法樣品光片制備步驟：樣品光片制備步驟： P442 鑲樣鑲樣(Inlay) 鑲樣方法很多，如鑲

8、樣方法很多，如低熔點合金鑲嵌、電木粉低熔點合金鑲嵌、電木粉或或塑料鑲嵌塑料鑲嵌和和機械夾持機械夾持等，多用電木粉鑲嵌。等，多用電木粉鑲嵌。3 研磨研磨(Grind) 粗磨：粗磨：砂輪機。軟材料：銼刀銼平砂輪機。軟材料：銼刀銼平, 壓力要適度、壓力要適度、均勻。磨制過程中要不斷用水冷卻試樣；試樣倒角。均勻。磨制過程中要不斷用水冷卻試樣；試樣倒角。 細磨細磨: 每換細一級砂紙時，應先將試樣清洗干凈，每換細一級砂紙時，應先將試樣清洗干凈，以免把粗砂粒帶到下一級砂紙上去，再將試樣的以免把粗砂粒帶到下一級砂紙上去，再將試樣的磨制磨制方向調(diào)轉(zhuǎn)方向調(diào)轉(zhuǎn)90，即磨制方向與上一道磨痕方向垂直。，即磨制方向與上一

9、道磨痕方向垂直。 試樣表面磨痕變化試樣表面磨痕變化 拋光拋光(Polishing) 目的：目的：去除細磨后留下的細微磨痕，使磨面呈光亮去除細磨后留下的細微磨痕，使磨面呈光亮鏡面鏡面。機械拋光、電解拋光和化學拋光等。機械拋光、電解拋光和化學拋光等。 過程：拋光機：過程：拋光機：300-500rpm，粗拋和精拋。粗拋：，粗拋和精拋。粗拋：轉(zhuǎn)速高；精拋或拋軟材料，轉(zhuǎn)速低。轉(zhuǎn)速高；精拋或拋軟材料，轉(zhuǎn)速低。 拋光布拋光布: 粗拋時常用帆布或粗呢，精拋時常用粗拋時常用帆布或粗呢，精拋時常用絨布、細呢或絲綢等。拋光時需不斷向拋光盤上滴注拋絨布、細呢或絲綢等。拋光時需不斷向拋光盤上滴注拋光液，以產(chǎn)生磨削和潤滑

10、作用。光液，以產(chǎn)生磨削和潤滑作用。 拋光液拋光液常采用常采用Al2O3、MgO或或Cr2O3等細拋光粉等細拋光粉(粒度約為粒度約為0.3-1m)的水懸浮液的水懸浮液(A12O3：5l0g/L)。拋。拋光試樣的磨面應均勻、平正地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上，并光試樣的磨面應均勻、平正地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上，并沿盤的半徑方向從中心到邊緣往復移動。壓力不宜過大；沿盤的半徑方向從中心到邊緣往復移動。壓力不宜過大；拋光時間一般約拋光時間一般約3-5分鐘。試祥用水沖洗干凈，吹干待分鐘。試祥用水沖洗干凈，吹干待用。用。 一般，浸蝕到試樣磨一般，浸蝕到試樣磨面面稍發(fā)暗稍發(fā)暗即可。若浸蝕過即可。若浸蝕過重，應重新拋光，再行

11、浸重，應重新拋光，再行浸蝕。浸蝕后立即用蝕。浸蝕后立即用清水沖清水沖洗洗，必要時再用酒精清洗，必要時再用酒精清洗。最后用。最后用吸水紙吸干或用吸水紙吸干或用吹風機吹干吹風機吹干。5 浸蝕浸蝕(Ething) 目的：目的：浸蝕劑浸蝕，顯示其顯微組織，浸蝕劑浸蝕，顯示其顯微組織，化學腐蝕化學腐蝕。純金屬。純金屬或單相金屬或單相金屬, , 化學溶解化學溶解過程；過程；晶界處，晶界處，原子排列混亂，且能量較原子排列混亂，且能量較高，易受浸蝕而呈現(xiàn)高，易受浸蝕而呈現(xiàn)凹溝凹溝。垂直光線照下，各部位反射進入物鏡。垂直光線照下，各部位反射進入物鏡的光線不同，顯示出的光線不同，顯示出晶界及明暗不同的晶粒晶界及明

12、暗不同的晶粒。兩相或兩相以上合。兩相或兩相以上合金的浸蝕，是一個金的浸蝕，是一個電化學腐蝕電化學腐蝕過程過程微電池：具有微電池：具有負電位負電位的一的一相成為陽極，被迅速溶解而相成為陽極，被迅速溶解而凹陷凹陷；陰極保持原來的光滑平面。；陰極保持原來的光滑平面。 第五節(jié)第五節(jié) 光學顯微鏡在材料研究中的應用光學顯微鏡在材料研究中的應用一一 聚合物的結(jié)晶聚合物的結(jié)晶1 球晶球晶PEO結(jié)晶過程中球晶生長的正交偏光顯微鏡照片結(jié)晶過程中球晶生長的正交偏光顯微鏡照片 聚丙烯球晶的黑十字消光聚丙烯球晶的黑十字消光(55) 聚乙烯球晶的同心消光環(huán)聚乙烯球晶的同心消光環(huán)(720) 2 樹枝晶樹枝晶聚乙烯的樹枝晶聚

13、乙烯的樹枝晶(70，二甲苯稀溶液，二甲苯稀溶液) 熱致型液晶按分子排列狀態(tài)分為熱致型液晶按分子排列狀態(tài)分為: :向列相向列相 近晶相近晶相 膽甾相膽甾相3 液晶液晶不同轉(zhuǎn)速下混合的PVC/PE共混物的相形態(tài)(質(zhì)量比為1:1，暗區(qū)為PVC)轉(zhuǎn)速/r/min：a:30 b:50 c:100二二 聚合物多相體系聚合物多相體系150r/min下不同混合時間的LDPE/PVC熔融共混物的相形態(tài)(質(zhì)量比為7:3)時間/min：a:5 b:15 c:25 d:35不同轉(zhuǎn)速下熔融混合的LDPE/PVC共混物的相形態(tài)的演化(質(zhì)量比為7:3)a:150r/min混合25minB:再在50r/min下混合25min絢麗多姿的晶體三三 無機材料無機材料解理、貝克線、糙面、突起；消光解理、貝克線、糙面、突起；消光玻璃結(jié)石中的鱗石英玻璃結(jié)石中的鱗石英 P52龍門石窟解理面龍門石窟解理面曾榮昌科學網(wǎng)博客曾榮昌科學網(wǎng)博客http:/ 例：在正常的光照度下，設(shè)人眼瞳孔的例：在正常的光照度下，設(shè)人眼瞳孔的直徑為直徑為3mm?？梢姽庵?，人眼最靈敏的是波?？梢姽庵?，人眼最靈敏的是波長為長為550nm的綠光，問：的綠光，問：(1)人眼的最小分辨人眼的最小分辨角多大？角多大？(2)若物體放在明視距離若物體放在明視距離