材料研究方法光学显微镜

（优选）材料研究方法光学显微镜现在是1页\一共有56页\编辑于星期五2.1概述一、发展历史罗伯特·虎克制造的显微镜（1665）现在是2页\一共有56页\编辑于星期五15世纪中叶：放大镜（单式显微镜）1590年荷兰HansandZachariasJanssen：最早的复式显微镜17世纪中叶R.Hooke：设计第一台性能较好的显微镜ChristiaanHuygens：惠更斯目镜19世纪德国ErnstAbbe：阐明光学显微镜成像原理，油浸系物镜，光学显微镜分辨本领达0.2微米理论极限现在是3页\一共有56页\编辑于星期五二、光学显微镜分类按成像原理可分为：几何光学显微镜：生物、金相显微镜物理光学显微镜：相差、偏光显微镜信息转换显微镜：荧光、图像分析显微镜特种光学显微镜：高温、近场光学显微镜现在是4页\一共有56页\编辑于星期五相位差显微镜透射光显微镜反射光显微镜解剖显微镜现在是5页\一共有56页\编辑于星期五2.2晶体光学基础一、光的物理性质1.光的波动性光具有波粒二象性

波动学说解释晶体光学光是横波

光波的振动方向垂直传播方向横波现在是6页\一共有56页\编辑于星期五电磁波谱

光学显微镜使用可见光390~770nm现在是7页\一共有56页\编辑于星期五2.自然光和偏振光自然光：在垂直于光的传播方向的平面内的任意方向振动。偏振光：只在垂直于光的传播方向的平面内的某一方向振动。现在是8页\一共有56页\编辑于星期五二、光与固体物质的相互作用1.光的折射特点:

①介质的折射率与光在介质中的传播速度成反比②光在真空中的传播速度最大，N>1

③折射率色散:同一介质的折射率因为所用波长的不同而不同；对于同一介质，波长与折射率成反比④晶体的折射率色散能力

现在是9页\一共有56页\编辑于星期五2.光的吸收3.光的反射光的振幅随透入深度增大而减小。单向反射漫反射反射力：物质对投射在它的表面或磨光面上光线的反射能力反射率：

R=(Ir/Ii)×100%现在是10页\一共有56页\编辑于星期五三、光在物质中的传播1.光性均质体

各向同性介质

光的传播速度不因振动方向而发生改变只有一个折射率 单折射现象：光波的振动特点和振动方向不变等轴晶系（立方）、非晶物质现在是11页\一共有56页\编辑于星期五2.光性非均质体

各向异性介质

光在非均质体中传播时，传播速度和折射率值随振动方向的不同而发生改变。

光波入射非均质体，除特殊方向(光轴)外，分解成为振动方向互相垂直、传播速度不同、折射率不等的两种偏振光，这种现象就称为双折射。一轴晶：中级晶族（如四方）二轴晶：低级晶族（如斜方）现在是12页\一共有56页\编辑于星期五冰洲石的双折射现象oe冰洲石现在是13页\一共有56页\编辑于星期五

一束自然光穿过各向异性的晶体时分成两束偏振光的现象。

例如：白纸上涂一个黑点，将方解石放在纸上，可观察到两个黑点，旋转方解石，一个黑点不动，另一个黑点旋转。双折射现象现在是14页\一共有56页\编辑于星期五四、光率体

含义：是表示光波在晶体中传播时，光波振动方向与相应折射率值之间关系的一种光学立体图形（光性指示体）。1.均质体光率体①是一个圆球体。②切面为圆切面，半径代表折射率现在是15页\一共有56页\编辑于星期五2.一轴晶光率体常光：振动方向垂直光轴，且各方向折射率相等，No非常光：振动方向平行于光轴和传播方向构成的平面，且折射率随振动方向而变化，Ne（1）一轴晶光率体的构成现在是16页\一共有56页\编辑于星期五（2）主要特征①一轴正晶光率体：以c轴为旋转轴的长形旋转椭球体，光波平行光轴振动时的折射率总是比垂直光轴振动时的折射率大，Ne＞No。②一轴负晶光率体：以c轴为旋转轴的扁形旋转椭球体，光波平行光轴振动时的折射率总是比垂直光轴振动时的折射率小，Ne＜No。③Ne与No为一轴晶矿物折射率的最大值与最小值，称为主折射率。Ne与No之差值（Ne-No）为一轴晶矿物最大双折率现在是17页\一共有56页\编辑于星期五（3）

主要切面现在是18页\一共有56页\编辑于星期五①垂直光轴切面

圆切面，半径等于No，光波垂直这种切面入射时，不发生双折射。折射率为No。②平行光轴切面

椭圆切面，长短半径分别等于No与Ne，光波垂直这种切面入射时，发生双折射，两条偏光的振动方向分别平行椭圆切面长、短半径，折射率分别等于椭圆切面的长、短半径。双折射率为No和Ne之差现在是19页\一共有56页\编辑于星期五③斜交光轴切面椭圆切面，长短半径分别等于No与N’e，光波垂直这种切面入射时，发生双折射，两条偏光的振动方向分别平行椭圆切面长、短半径，折射率分别等于椭圆切面的长、短半径No与N’e，。双折射率为No和N’e之差。光波垂直入射圆切面，不发生双折射。垂直入射椭圆切面，发生双折射。现在是20页\一共有56页\编辑于星期五五、光性方位

含义：光率体主轴与晶体晶面、结晶轴以及晶棱之间的关系。

不同晶体的光性方位不同，而同一晶体的光性方位基本固定，故确定光性方位可以帮助鉴定晶体。现在是21页\一共有56页\编辑于星期五2.3光学显微分析方法一、偏光显微镜观察透明晶体现在是22页\一共有56页\编辑于星期五1.偏光显微镜的构造1、目镜，2、镜筒，3、勃氏镜，4、粗动手轮，5、微调手轮，6、镜臂，7、镜座，8、上偏光镜，9、试板孔，10、物镜，11、载物台，12、聚光镜，13、锁光圈，14、下偏光镜，15、反光镜☆镜臂☆镜座现在是23页\一共有56页\编辑于星期五☆下偏光镜：用PP代表振动方向☆锁光圈☆聚光镜：凸透镜，形成锥形偏光☆反光镜：平、凹两面现在是24页\一共有56页\编辑于星期五☆载物台游标尺、弹簧夹☆镜筒粗动螺丝、微动螺丝☆试板孔现在是25页\一共有56页\编辑于星期五☆物镜复式透镜放大倍数40×数值孔径0.65机械筒长∞/0数值孔径表示物镜的聚光能力，放大倍数越高，数值孔径越大；对于同一放大倍数的物镜，其数值孔径越大，分辨率越高。现在是26页\一共有56页\编辑于星期五☆

目镜

☆上偏光镜振动方向AA与PP垂直☆勃氏镜显微镜总放大倍数=目镜放大倍数×物镜放大倍数现在是27页\一共有56页\编辑于星期五2.显微镜的工作原理光学显微镜具有二级放大的功能现在是28页\一共有56页\编辑于星期五3.偏光显微镜的调节和校正(1)装卸镜头a.装卸目镜

单目镜筒，将目镜插入镜筒

双目镜筒，还需调节两个目镜之间的距离，使眼睛间距与双筒视域一致。b.装卸物镜①弹簧夹型②转盘型③螺丝扣型现在是29页\一共有56页\编辑于星期五(2)调节照明（对光）①用自然光照明，需要调节反光镜，反光镜有平面镜和凹面镜两种。②用人工光源照明，需要调节电压旋钮，电压越高，亮度越大。(3)调整偏光镜位置目镜中全黑时，则上、下偏光镜的偏振方向正交；而光线最强时，则相互平行。现在是30页\一共有56页\编辑于星期五(4)调节焦距(对焦)从侧面看着镜头，先旋转微调手轮，使它处于中间位置，再转动粗调手轮将镜筒下降使物镜靠近试样玻片。然后在观察试样的同时慢慢上升镜筒，直至看清物体的像，再左右旋动微调手轮使物体的像最清晰。

切勿在观察时用粗调手轮调节下降，否则物镜有可能碰到玻片硬物而损坏镜头。现在是31页\一共有56页\编辑于星期五(5)调整载物台机械中心载物台通常作360°转动，为了防止观察目标移出视域，必须将载物台的机械中心和物镜的主轴相重合。现在是32页\一共有56页\编辑于星期五现在是33页\一共有56页\编辑于星期五4.偏光显微镜的试样现在是34页\一共有56页\编辑于星期五5.偏光显微镜的使用(1)单偏光镜

仅使用下偏光镜可观察内容：晶体形态、晶粒大小、含量、解理、突起、颜色等。针状、棒状鳞石英

雪花状鳞石英

管柱状鳞石英现在是35页\一共有56页\编辑于星期五(2)正交偏光镜

使用上、下偏光镜，且振动面相互垂直正交偏光镜不放试样时，视域是黑暗的；若放置试样，由于晶体性质和切片方向不同，将出现消光和干涉等光学现象。现在是36页\一共有56页\编辑于星期五晶体在正交偏光镜下呈现黑暗的现象。消光现象全消光：转动物台360°,消光现象不改变。均质体或非均质体垂直光轴的切片四次消光：转动物台360°,出现四次消光。非均质体除垂直光轴以外的切片为椭圆，长、短半径与上、下偏光振动方向AA、PP有四次平行的机会。四次消光是非均质体的特征现在是37页\一共有56页\编辑于星期五

干涉条件：两束光振动频率相同，在同一平面内振动，且存在光程差。干涉现象单色光干涉：明暗相间的条带现在是38页\一共有56页\编辑于星期五白光干涉：干涉色现在是39页\一共有56页\编辑于星期五(3)锥光镜正交镜基础上，加聚光镜，换高倍物镜观察内容：不同方向的入射光通过晶体后，所产生的消光和干涉现象的总和，称为干涉图（黑十字）。现在是40页\一共有56页\编辑于星期五球晶的黑十字消光现象现在是41页\一共有56页\编辑于星期五二、金相显微镜研究不透明物体（薄片厚度在0.03mm以上）的光学性质。1.金相显微镜的构造和工作原理现在是42页\一共有56页\编辑于星期五1-灯泡；2-聚光镜组1；3-聚光镜组2；4-半反射镜；5-辅助透镜1；6-物镜组；7-反光镜；8-孔径光阑；9-视域光阑；10-辅助透镜2；11,12-棱镜；13-场镜；14-接目镜现在是43页\一共有56页\编辑于星期五(1)光源：低压白炽灯,位于镜筒侧面(2)孔径光阑：控制入射光束的直径，影响分辨率和反差

视域光阑：控制观察区域范围(3)垂直照明器:光路行程换向主要由光学系统(包括目镜、物镜等)、机械系统(包括座架、调焦装置、样品台等)、照明系统(包括光源、光阑、垂直照明器)组成。现在是44页\一共有56页\编辑于星期五玻片：光强损失大，视域亮度较弱，有害反射较多；亮度均匀、分辨率较高棱镜：光线损失较少，视域明亮，有害的干扰反射光少；明暗不均、分辨率下降垂直照明器的种类：现在是45页\一共有56页\编辑于星期五(4)照明方式a.明场照明术金相显微镜中常用的照明方式。光线均匀照到光片表面，平坦表面将大部分光反射回物镜，凹陷部分则将光散射到物镜外面，造成明暗反差和颜色反差。现在是46页\一共有56页\编辑于星期五b.暗场照明术环形光束经抛物面反射镜以大倾斜角投射到样品表面。平坦表面的反射不能进入物镜，呈黑暗色；物相的裂纹、凹陷、界面等的部分散射光线有可能射入物镜而呈现明亮色，从而造成了极明显的明暗反差或颜色反差。现在是47页\一共有56页\编辑于星期五明场相暗场相现在是48页\一共有56页\编辑于星期五2.金相显微镜的调节和使用主要包括光源、照明器、镜筒、孔径光阑和视场光阑的调节。可观察内容：试样表面相的形貌、尺寸、分布、颜色等。现在是49页\一共有56页\编辑于星期五2.4光学显微分析样品的制备取样镶嵌磨光浸蚀抛光代表性，锯、车、刨、切，避免过热和变形，规则外形，合适大小。机械夹持法、塑料镶嵌法（热-酚醛，冷-环氧）去除表面损伤，获得平整光滑表面。粗磨（砂轮机）、细磨（砂纸），磨去上一道的磨痕和变形层去除细磨痕，获得平整无疵镜面。机械抛光（抛光机）、电解抛光、化学抛光使不同组织、晶粒、晶界受到不同程度的浸蚀，形成差别，清晰显示内部组织。化学浸蚀、电解浸蚀、物理蚀刻现在是50页\一共有56页\编辑于星期五现在是51页\一共有56页\编辑于星期五2.5光学显微分析技术的进展一、光学显微镜的分辨能力

分辨率：仪器分辨两个物点的