第2章光学显微分析.

《第2章光学显微分析.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章光学显微分析.（27页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、理学院郭敏杰理学院郭敏杰l2.1材料形貌分析简介材料形貌分析简介l2.2光学几个基本知识光学几个基本知识l2.3几种常用显微镜的工作原理几种常用显微镜的工作原理l2.4光学显微分析的发展光学显微分析的发展l2.5 显微镜的成像原理显微镜的成像原理l2.6偏光显微镜偏光显微镜l物体的表面是物质存在的一种客观形式物体的表面是物质存在的一种客观形式，固体从，固体从体相体相延伸延伸到到表面表面，最终在表面形成原子及其电子分布的终端，从而最终在表面形成原子及其电子分布的终端，从而导致表面具有体相所不具备的新的特点和新的特征。导致表面具有体相所不具备的新的特点和新的特征。同时同时也破坏了物体的连续性。因此

2、研究物体的表面比研究物体也破坏了物体的连续性。因此研究物体的表面比研究物体的体相有更大的难度。的体相有更大的难度。l在表面分析中，由于在表面分析中，由于表面层的光学干涉、表面缺陷、粒度表面层的光学干涉、表面缺陷、粒度大小等表面变化为微观变化大小等表面变化为微观变化，实测结果往往与常规观察的，实测结果往往与常规观察的判断有很大的区别。判断有很大的区别。l材料的形貌也是材料分析的重要组成部分，主要分析材料的形貌也是材料分析的重要组成部分，主要分析材料材料的几何形貌的几何形貌，材料的颗粒度材料的颗粒度以及以及颗粒度的分布颗粒度的分布等方面。等方面。 l光学显微镜和电子显微镜光学显微镜和电子显微镜（扫

3、描电子显微镜（扫描电子显微镜SEMSEM；透射电子；透射电子显微镜显微镜TEMTEM；扫描隧道显微镜；扫描隧道显微镜STMSTM；原子力显微镜；原子力显微镜AFMAFM）人眼：人眼：0.2mm/250mm0.2mm/250mm光学显微镜：光学显微镜：0.2um0.2um电子显微镜：电子显微镜：0.2nm0.2nm几个重要的分辨率几个重要的分辨率) )l 人眼：人眼：通常在通常在25cm25cm的明视距离内，人眼只能分辨相距的明视距离内，人眼只能分辨相距0.1-0.1-0.2mm0.2mm的两个物体。即物体相距不到的两个物体。即物体相距不到0.1mm0.1mm的时候，人眼就会的时候，人眼就会把它

4、们看成是一个物体。这个极限即为人眼的分辨本领。把它们看成是一个物体。这个极限即为人眼的分辨本领。l显微镜的分辩本领：显微镜的分辩本领：z z0.610.61/（nsinnsin），显微镜的分），显微镜的分辩本领与光的波长成正比。光的波长越长，其分辨率越低。辩本领与光的波长成正比。光的波长越长，其分辨率越低。只有采用比较短的波长的光线，才能获得较高的放大倍数。只有采用比较短的波长的光线，才能获得较高的放大倍数。 l光学显微镜：光学显微镜：由于可见光波的波长在由于可见光波的波长在500nm500nm左右，其衍射效应左右，其衍射效应使得光学显微镜的分辨本领不能小于使得光学显微镜的分辨本领不能小于20

5、0nm200nm。l电子显微镜：电子显微镜：电子波电子波(1.50/E)(1.50/E)1/21/2nmnm。当加速电压为。当加速电压为100kV100kV时，电子的波长仅为时，电子的波长仅为0.0037nm0.0037nm；当；当E=30KeVE=30KeV时时,0.007nm,0.007nm。电子显微镜可以获得很好的高分辨率图像，电子显微镜可以获得很好的高分辨率图像，0.2-0.5nm.0.2-0.5nm.基本原理基本原理 SEM SEM是利用聚焦电子束在样品上扫描时激发的某种物理信是利用聚焦电子束在样品上扫描时激发的某种物理信号来调制一个同步扫描的显象管在相应位置的亮度而成象号来调制一个

6、同步扫描的显象管在相应位置的亮度而成象的显微镜。的显微镜。l由于电子束的波长很短，理论上电镜可以达到很由于电子束的波长很短，理论上电镜可以达到很高的分辨率高的分辨率 ；l在光学显微镜中决定分辨率的是光的波长在光学显微镜中决定分辨率的是光的波长 ，象，象差不是主要原因；差不是主要原因；l在电子显微镜中，波长已经不是决定性因素在电子显微镜中，波长已经不是决定性因素 ； 而透镜产生的象散和球差，电子波产生的色差而透镜产生的象散和球差，电子波产生的色差和衍射差是主要因素和衍射差是主要因素 ；l1515世纪中叶：放大镜（单式显微镜）世纪中叶：放大镜（单式显微镜）l15901590年荷兰年荷兰Hans a

7、nd Zacharias JanssenHans and Zacharias Janssen：复式显微：复式显微镜镜l1717世纪中叶世纪中叶R. HookeR. Hooke：设计第一台性能较好的显微镜：设计第一台性能较好的显微镜lChristiaanChristiaan Huygens Huygens：惠更斯目镜：惠更斯目镜l1919世纪德国世纪德国Ernst AbbeErnst Abbe阐明光学显微镜成像原理，光阐明光学显微镜成像原理，光学显微镜分辨本领达学显微镜分辨本领达0.20.2微米理论极限微米理论极限2.42.4光学显微分析的发展光学显微分析的发展光学显微镜的局限性光学显微镜的局限

8、性l一个世纪以来，人们一直用光学显微镜来揭示金属材料的显微组一个世纪以来，人们一直用光学显微镜来揭示金属材料的显微组织，借以弄清楚组织、成分、性能的内在联系。但光学显微镜的织，借以弄清楚组织、成分、性能的内在联系。但光学显微镜的分辨本领有限，对诸如合金中的分辨本领有限，对诸如合金中的G.P G.P 区（几十埃）无能为力区（几十埃）无能为力。光学显微镜分类光学显微镜分类l几何光学显微镜几何光学显微镜 生物显微镜生物显微镜、落射光显微镜、倒置显微镜、金相显微、落射光显微镜、倒置显微镜、金相显微 镜、暗视野显微镜等。镜、暗视野显微镜等。l物理光学显微镜物理光学显微镜 相差显微镜、相差显微镜、偏光显微

9、镜偏光显微镜、干涉显微镜、相差偏振光显、干涉显微镜、相差偏振光显 微镜、相差干涉显微镜、相差荧光显微镜等。微镜、相差干涉显微镜、相差荧光显微镜等。l信息转换显微镜信息转换显微镜 荧光显微镜荧光显微镜、显微分光光度计、图像分析显微镜、声学、显微分光光度计、图像分析显微镜、声学 显微镜、照相显微镜、电视显微镜等。显微镜、照相显微镜、电视显微镜等。l特种光学显微镜特种光学显微镜 高温显微镜、近场光学显微镜等。高温显微镜、近场光学显微镜等。光学显微镜基本结构光学显微镜基本结构：1. 照明灯照明灯(Lamp)2. 聚光器聚光器(Condenser)3. 载物台和切片夹载物台和切片夹(Mechanical

10、 stage and specimen retainer)4. 推进器推进器(Mechanical stage adjustment knob)5. 物镜物镜(Objectives)6. 粗细螺旋粗细螺旋(Course and fine focus knob)7. 目镜目镜(Oculars)8. 照相机等接口照相机等接口(Connection to camera, etc.)2.5 2.5 显微镜的成像原理显微镜的成像原理yF1F2L1L2物镜物镜目镜目镜f1f2y25cm25tgyy显微镜的放大率：显微镜的放大率：1.1.显微镜的光路图和放大率：显微镜的光路图和放大率：222525/fyyy

11、fyM2.2.光学系统的分辨本领光学系统的分辨本领光学仪器的圆孔衍射现象限制了光学仪器的圆孔衍射现象限制了光学系统分辨物体光学系统分辨物体细细节的能力。节的能力。分辨极限分辨极限: :光学系统能分辨开两物点的最短距离。光学系统能分辨开两物点的最短距离。分辨本领分辨本领: :最短距离的倒数称为光学系统的分辨本领。最短距离的倒数称为光学系统的分辨本领。ABB物镜物镜两物点两物点A相应两象点相应两象点艾里斑艾里斑瑞利判据瑞利判据A1A2A1A2A1A2= =222ZD3.3.显微镜的分辨本领显微镜的分辨本领两个物点（两个物点（A1和和A2）刚能够被分辨的条刚能够被分辨的条件是：一个物点的件是：一个物