第九章光學顯微

小麥原淀粉

糊化后小麥淀粉

第九章光學顯微分析2/4/2023列文虎克在17世紀中期制作的復式顯微鏡20世紀初的顯微鏡多用途顯微鏡2/4/2023光學顯微鏡分類——幾何光學顯微鏡

生物、倒置、金相、暗視野顯微鏡等。——物理光學顯微鏡

偏光、相差、干涉、相差偏光、相差干涉、相差熒光顯微鏡等?！畔⑥D(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?！胤N光學顯微鏡

高溫、近場光學顯微鏡等。2/4/2023一光的物理本質(zhì)二光學顯微分析原理三偏光顯微鏡和相差顯微鏡的原理與構(gòu)造本章提綱四光學顯微分析制樣方法五光學顯微分析在材料研究中的應(yīng)用2/4/2023青藍第一節(jié)光的物理本質(zhì)一波粒二象性2/4/2023色散實驗2/4/2023

光是橫波——振動方向與傳播方向垂直。在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光矢量有不同的振動狀態(tài)。垂直于光傳播方向的二維平面內(nèi)光矢量的振動狀態(tài)，叫光波的偏振態(tài)。

按偏振態(tài)，光波分為自然光和偏振光。二自然光與偏振光2/4/2023

光源中包含許多分子和原子，不同的原子或分子所發(fā)光波(或同一原子不同時刻所發(fā)光波)，振動方向、振幅、初始相位各不相同。

在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，觀測的最小時間間隔內(nèi)，各個方向的振動幾率相同，稱為自然光。1自然光2/4/2023

迎光矢量圖：表示迎(逆)著光時，垂直于光傳播方向的平面內(nèi)振動方向的矢量圖。

迎光矢量圖上，自然光是均勻分布的輻射線。等效2/4/20232完全偏振光

⑴線偏振光

光振動電矢量總是在一個固定的平面內(nèi)(又稱平面偏振光)。在與光傳播方向垂直的平面內(nèi)，電矢量端點的軌跡是一條直線。2/4/2023迎光矢量圖上，線偏振光是一條直線。

自然光可等效為兩振幅相等、互相垂直、無相位關(guān)系的線偏振光。2/4/2023(2)圓偏振光

垂直于光傳播方向的固定平面內(nèi)，光矢量的大小不變，但隨時間以角速度ω旋轉(zhuǎn)，其末端的軌跡是圓，這種光叫做圓偏振光。在某一固定時刻t，傳播方向上各點對應(yīng)的光矢量的端點軌跡是螺旋線。2/4/2023

垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，右旋圓偏振光的電矢量隨時間變化示意圖

迎光的傳播方向觀察到的圓偏振光的光矢量隨時間變化是右旋的圓偏振光，稱為右旋圓偏振光；反之，叫左旋圓偏振光。2/4/2023⑶橢圓偏振光

垂直于光傳播方向的固定平面內(nèi)，光矢量的方向和大小都在隨時間改變，光矢量的端點描出一個橢圓，叫橢圓偏振光。左旋橢圓偏振光電矢量隨時間逆時針旋轉(zhuǎn)2/4/20233部分偏振光

由自然光和完全偏振光組成的光：

(1)自然光+線偏振光；

(2)自然光+圓偏振光；

(3)自然光+橢圓偏振光。2/4/2023一光學顯微鏡成像原理第二節(jié)光學顯微分析原理單個透鏡成像，光路等效為：物S像S’L2/4/20232/4/2023單目與雙目光學金相顯微鏡2/4/2023

平行光經(jīng)凸透鏡會聚，在焦平面上形成的衍射圖樣點物成像，會形成一個一定大小的愛里斑(Airydisk)。由于衍射現(xiàn)象，會使圖像邊緣變得模糊不清，分辨率下降。二光學顯微鏡主要參數(shù)1分辨率Df2/4/2023愛里斑愛里斑直徑：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第一暗環(huán)對應(yīng)的半張角理論計算：2/4/2023

點物S和S1對透鏡中心O的張角，等于其分別相應(yīng)的中央零級衍射中心S'、S1'對O的張角。如圖，可分辨這兩個物點；當兩個物點距離足夠小時，就有能否分辨的問題。

瑞利判據(jù)：點物S1的愛里斑中心恰好與另一個點物S2的愛里斑邊緣相重合時，恰可分辨兩物點。S1SS’S1’LO2/4/2023可分辨恰可分辨不可分辨S1S2S1S2S1S2兩愛里斑中心距d0恰好等于愛里斑半徑2/4/2023

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)。波長鏡頭直徑

天文望遠鏡口徑很大：世界最大的天文望遠鏡直徑16米，智利。2/4/20232放大倍數(shù)M=OM/眼=1000

3數(shù)值孔徑

N.

A.=n?sinθ0

4焦深(焦點深度或焦長)：透鏡像平面允許的軸向偏差景深：透鏡物平面允許的軸向偏差2/4/2023第三節(jié)光學顯微鏡的原理和構(gòu)造一偏光顯微鏡1原理2結(jié)構(gòu)P21單偏光顯微鏡正交偏光顯微鏡2/4/2023二相差顯微鏡1原理2結(jié)構(gòu)環(huán)形光闌位相板共軛面補償面2/4/20231取樣(Sampling)代表性的部位;軟金屬：手鋸或鋸床切割；硬而脆的材料(如白口鑄鐵)：錘擊；極硬材料(如淬火鋼)：砂輪切片機或線切割；大工件：氧氣切割試樣大小:

直徑ф(12-15)mm、高度(或邊長)12-15mm的圓柱體或正方體。第四節(jié)光學顯微分析制樣方法樣品光片制備步驟：P442/4/20232鑲樣(Inlay)

鑲樣方法很多，如低熔點合金鑲嵌、電木粉或塑料鑲嵌和機械夾持等，多用電木粉鑲嵌。2/4/20233研磨(Grind)粗磨：砂輪機。軟材料：銼刀銼平,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。

細磨:

每換細一級砂紙時，應(yīng)先將試樣清洗干凈，以免把粗砂粒帶到下一級砂紙上去，再將試樣的磨制方向調(diào)轉(zhuǎn)90°，即磨制方向與上一道磨痕方向垂直。

試樣表面磨痕變化2/4/2023拋光(Polishing)目的：去除細磨后留下的細微磨痕，使磨面呈光亮鏡面。機械拋光、電解拋光和化學拋光等。

過程：拋光機：300-500rpm，粗拋和精拋。粗拋：轉(zhuǎn)速高；精拋或拋軟材料，轉(zhuǎn)速低。

拋光布:

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光液，以產(chǎn)生磨削和潤滑作用。

拋光液常采用Al2O3、MgO或Cr2O3等細拋光粉(粒度約為0.3-1μm)的水懸浮液(A12O3：5～l0g/L)。拋光試樣的磨面應(yīng)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；拋光時間一般約3-5分鐘。試祥用水沖洗干凈，吹干待用。2/4/2023一般，浸蝕到試樣磨面稍發(fā)暗即可。若浸蝕過重，應(yīng)重新拋光，再行浸蝕。浸蝕后立即用清水沖洗，必要時再用酒精清洗。最后用吸水紙吸干或用吹風機吹干。5浸蝕(Ething)目的：浸蝕劑浸蝕，顯示其顯微組織，化學腐蝕。純金屬或單相金屬,化學溶解過程；晶界處，原子排列混亂，且能量較高，易受浸蝕而呈現(xiàn)凹溝。垂直光線照下，各部位反射進入物鏡的光線不同，顯示出晶界及明暗不同的晶粒。兩相或兩相以上合金的浸蝕，是一個電化學腐蝕過程——微電池：具有負電位的一相成為陽極，被迅速溶解而凹陷；陰極保持原來的光滑平面。2/4/2023第五節(jié)光學顯微鏡在材料研究中的應(yīng)用2/4/20232/4/2023一聚合物的結(jié)晶1球晶PEO結(jié)晶過程中球晶生長的正交偏光顯微鏡照片

2/4/2023聚丙烯球晶的黑十字消光(55×)

聚乙烯球晶的同心消光環(huán)(720×)

2/4/20232樹枝晶聚乙烯的樹枝晶(70℃，二甲苯稀溶液)

2/4/2023熱致型液晶按分子排列狀態(tài)分為:向列相近晶相膽甾相3液晶2/4/2023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:30b:50c:100二聚合物多相體系2/4/2023150r/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:5b:15c:25d:352/4/2023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25min2/4/2023絢麗多姿的晶體三無機材料2/4/2023解理、貝克線、糙面、突起；消光玻璃結(jié)石中的鱗石英P522/4/20232/4/2023龍門石窟解理面——曾榮昌科學網(wǎng)博客/home.php?mod=space&uid=114283&do=blog&id=498303解理，Cleavage——礦物等結(jié)晶物質(zhì)以平面為界劈裂開來而形成光滑面的傾向，通常沿著晶體中鍵結(jié)較弱的方向產(chǎn)生，可以反映出晶體的結(jié)構(gòu)（晶形），是判斷礦物種類的依據(jù)之一。有此現(xiàn)象的晶體所產(chǎn)生的平面稱為「解理面」。解理與礦物硬度無關(guān)。解理、節(jié)理、劈理、片理、層理