扫描电镜在考古中的应用

1、扫描电子显微镜在考古中的应用序言扫描电镜原理考古中的应用结束语扫描电子显微镜的简称为扫描电镜，英文缩扫描电子显微镜的简称为扫描电镜，英文缩写为写为SEMSEM (Scanning Electron Microscope) (Scanning Electron Microscope)。它它是用细聚焦的电子束轰击样品表面，通过是用细聚焦的电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的电子与样品相互作用产生的二次电子二次电子、背散背散射电子射电子等对样品表面或断口形貌进行观察和等对样品表面或断口形貌进行观察和分析分析。SEMSEM也是显微结构分析的主要仪器，已广泛用也是显微结构分析的主要仪器，已广

2、泛用于材料、冶金、矿物、生物学等领域。于材料、冶金、矿物、生物学等领域。扫描电子显微镜扫描电子显微镜是一种分辨本领非常高的是一种分辨本领非常高的精精密仪器密仪器, , 堪称为本世纪最伟大的发明之一堪称为本世纪最伟大的发明之一。世界上世界上第一台商品扫描电子显微镜第一台商品扫描电子显微镜是是19651965年年问世的问世的, , 它的出现解决了过去许多科学家它的出现解决了过去许多科学家利利用用原有技术手段难以解决的问题。它几乎原有技术手段难以解决的问题。它几乎可可以以在自然科学的所有领域都能得到适当应在自然科学的所有领域都能得到适当应用。用。 扫描电镜的工作原理及特点扫描电镜的工作原理及特点电子

3、枪电子枪 会聚透镜和物聚透镜会聚透镜和物聚透镜 样品样品 二次电子收集器二次电子收集器 加速极加速极 闪烁体闪烁体 光电信增管光电信增管 视频放大器视频放大器 显象管显象管发射电子束发射电子束电子束电子束二次电子二次电子二次电子二次电子电信号转变成光信号电信号转变成光信号光信号转变成电信号光信号转变成电信号二次电子象二次电子象荧光荧光扫描电镜成像示意图扫描电镜成像示意图扫描电镜成像示意图扫描电镜成像示意图由由电电子枪发射出来的子枪发射出来的电电子束子束, , 通通过过会聚会聚透透镜镜和和物镜聚焦物镜聚焦, , 然然后轰击在样品上后轰击在样品上, , 在在偏转线圈偏转线圈产产生生的磁场的作的磁场

4、的作用用下下, , 入射入射电电子子在样品在样品表面按表面按一定的时间一定的时间和空间顺序逐点扫描和空间顺序逐点扫描。由于由于人人射射电电子与子与样品表面之样品表面之间间的相的相互作互作用用, , 将从将从样品样品表表面面激发出激发出二次电子二次电子, , 收集极将二次收集极将二次电电子子收集收集起来起来, , 经一系列的处理后经一系列的处理后送至显象管送至显象管, , 这样这样样品的表面样品的表面状态状态就就反映在反映在荧光屏荧光屏上了上了, , 可以可以用照用照相机将其拍摄作为相机将其拍摄作为资料资料保存。保存。S-3400NS-3400N扫描电镜扫描电镜青铜文物青铜文物SEMSEM二次电

5、子像二次电子像古代植物的研究古代陶瓷的研究古代铁器的研究十九世纪初十九世纪初，德国科学家发现植物体内含，德国科学家发现植物体内含有有硅硅成分成分, , 十九世纪中叶十九世纪中叶, , 德国空气德国空气浮游生物学浮游生物学开开拓者、花粉化石发现拓者、花粉化石发现者发现者发现并确定并确定植物具有植物具有特特殊的殊的植物硅酸体植物硅酸体。本世纪五十年代本世纪五十年代, , 许多国家许多国家相继发表了相继发表了有关植物有关植物、土壤、土壤、古、古地层、深海沉地层、深海沉积物以及动物积物以及动物排泄物排泄物中发现大量植物硅酸体的中发现大量植物硅酸体的报道报道, , 从而从而形成形成了了植物硅酸体研究植物

6、硅酸体研究这一新这一新领域。领域。植物植物硅酸体硅酸体存在于高等植物的存在于高等植物的果实壳果实壳、茎茎、叶叶和和花序花序中中。地下水地下水中中含有单硅酸。植物含有单硅酸。植物生长需生长需要从地下吸人水分要从地下吸人水分, , 这样单这样单硅酸就被带人植物硅酸就被带人植物中中, , 而后而后沉淀沉淀在生长植物的某些在生长植物的某些表层细胞组织表层细胞组织中中, , 植物成熟后植物成熟后, , 就形成了就形成了具有具有特别形状的植特别形状的植物物硅酸体。硅酸体。利用利用扫描电子显微镜可以研究古陶器扫描电子显微镜可以研究古陶器中的中的晶晶粒大小及相互结合的状况粒大小及相互结合的状况以及以及内气孔内

7、气孔的形状的形状分布分布等。此外等。此外, , 还可以观察古陶器的还可以观察古陶器的玻璃化玻璃化程度程度, , 从而推断出古陶器的从而推断出古陶器的烧成温度烧成温度。 对对铁器所含铁器所含夹杂物的成分夹杂物的成分、分布形貌分布形貌、数量与数量与铸铸、锻造锻造、热处理热处理等技术的关系。等技术的关系。元大都遗址铁釜（元大都遗址铁釜（98DZXM898DZXM8）样品（样品（27632763）的金相组织）的金相组织：亚亚共晶白口铁共晶白口铁北京延庆出土铁斗（唐代）北京延庆出土铁斗（唐代）的金相组织的金相组织： 共晶白口铁共晶白口铁侯马乔村墓地出土铁铲的金相组织侯马乔村墓地出土铁铲的金相组织铁素体铁

8、素体铁素体和珠光体铁素体和珠光体亚共晶白口铁亚共晶白口铁河北易县燕下河北易县燕下都战国都战国士士兵丛葬兵丛葬坑出土刀其坑出土刀其金相金相组织组织河北易县燕下都河北易县燕下都M44M44出出土的铁兵器剑、戟、矛土的铁兵器剑、戟、矛等，经鉴定为等，经鉴定为块炼渗碳块炼渗碳钢制品钢制品，含碳不均匀，含碳不均匀，有明显的折叠痕迹，夹有明显的折叠痕迹，夹杂物以杂物以氧化亚铁氧化亚铁为主，为主，还有还有氧化亚铁和铁橄榄氧化亚铁和铁橄榄石共晶夹杂石共晶夹杂。这批兵器，。这批兵器，在死亡士兵丛葬时未被在死亡士兵丛葬时未被收回，表明战国中晚期收回，表明战国中晚期（公元前（公元前4 4前前3 3世纪）世纪）钢铁兵

9、器使用已很普遍，钢铁兵器使用已很普遍，价格不高。价格不高。以上列举的应用以上列举的应用, , 只是只是扫描电子显微镜在扫描电子显微镜在考古考古中应用的一小部分中应用的一小部分, , 应用实例还有应用实例还有很多很多, , 这里这里就不一一介绍了。总而言之就不一一介绍了。总而言之, , 对于对于那些肉眼光那些肉眼光学显微镜学显微镜难以分辨的古代遗物难以分辨的古代遗物的微观的微观结构以及结构以及微痕研究微痕研究, , 扫描电子显微镜扫描电子显微镜的高分辨率具有的高分辨率具有明明显的优势显的优势。但是。但是, ,对于对于尺寸较大的样品尺寸较大的样品, , 首先首先要先切割取样要先切割取样, , 这对

10、于这对于有些古物是不允许的。有些古物是不允许的。不过相信不过相信扫描电子显微镜扫描电子显微镜在考古学领域中在考古学领域中, , 将将充分发挥其充分发挥其重要重要作用。作用。THE ENDTHE END二二 次次 电电 子子入射电子与样品相互作用后，使样品原子较外入射电子与样品相互作用后，使样品原子较外层电子（价带或导带电子）电离产生的电子，层电子（价带或导带电子）电离产生的电子，称二次电子。称二次电子。二次电子能量比较低，习惯上把二次电子能量比较低，习惯上把能量小于能量小于50eV50eV电子统称为二次电子电子统称为二次电子，仅在样品，仅在样品表面表面5nm5nm10nm10nm的深度内才能逸出表面，的深度内才能逸出表面，这是这是二次电子分辨率高的重要原因之一二次电子分辨率高的重要原因之一。 背散射电子背散射电子背散射电子是指背散射电子是指入射电子与样品相互作用入射电子与样品相互作用( (弹性弹性和非弹性散射和非弹性散射) )之后，再次逸出样品表面的高能之后，再次逸出样品表面的高能电子，