光学显微分析资料课件(PPT22张)
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材料研究方法光学显微镜(共56张PPT)
(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。
(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。
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
（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。
分辨率：仪器分辨两个物点的本领，常用可 以辨别物体上两点间的最小距离表示。
两个物点的距离越小，则分辨率越大。
显微镜的分辨能力由物镜决定。
由于衍射效应，物点通过透镜所成的像是个 衍射光斑，由许多明暗相间的条纹构成。
瑞利判据——分辨率表达式
rn0.s6i1n0N .6.A 12
光学显微镜的分辨率极 限是半波长，如以波长 400nm的紫光作光源时， 仅能分辨相距200nm的 两个物点。
均质体或非均质体垂直光轴的切片
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。
(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。
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
（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。
分辨率：仪器分辨两个物点的本领，常用可 以辨别物体上两点间的最小距离表示。
两个物点的距离越小，则分辨率越大。
显微镜的分辨能力由物镜决定。
由于衍射效应，物点通过透镜所成的像是个 衍射光斑，由许多明暗相间的条纹构成。
瑞利判据——分辨率表达式
rn0.s6i1n0N .6.A 12
光学显微镜的分辨率极 限是半波长，如以波长 400nm的紫光作光源时， 仅能分辨相距200nm的 两个物点。
均质体或非均质体垂直光轴的切片
光学显微镜分析
4.2 矿物百分含量的测定 测定方法有面积法——薄片中各矿物所占面积百分比 比，近似等于其体积百分比； 直线法——薄片中各矿物的线长度百分比相当于其体 积百分比； 计点法——统计各矿物在视域中心出现的次数，各矿 物点数的比例与其面积成正比，亦与其体积成正比(点 数的测量由电动计点器完成，该仪器包括机械台和自 动记录器二部分)； 目估法——用一套已知百分比的参比图，直接估计各 矿物的百分比。
wenku.baidu.com
1.2 矿物的颜色与多色性和吸收性 多色性——由于通过晶体的光波振动方向不同，使晶体颜色 发生变化的现象。 吸收性——由于通过晶体的光波振动方向不同，使晶体颜色 浓度发生变化的现象。
二。正交偏光镜间晶体的光学性质 2.1 正交偏光镜的装置及光学特点 装置：上下偏光镜同时使用，并且振动方向相 互垂直（一般与目镜十字丝方向一致）。 光学特点： ①载物台上不放任何矿片或放置均质体和非均 质体⊥OA的切片时，视域是黑暗的； ②载物台上放置非均质体薄片时，由于晶体光 学性质和切片方向不同，将产生消光和干涉现 象。
4.1矿物颗粒大小的测量 显微镜下可借助目镜刻度尺测量矿物颗粒的大小。 目镜刻度尺——嵌在目镜中的有刻度的玻璃片。在 一定长度上刻有100小格，每小格所代表的长度因 物镜的放大倍数不同而异。需用物台微尺来确定。 物台微尺——嵌于玻璃片上的长1mm而分为100小 格的显微尺，每小格长为0.01mm 。 用物台微尺确定目镜刻度尺每小格长度.
光学显微分析4
光学隧道效应
——将介电探针“浸入”隐失场（非辐射场），产生光 ——将介电探针“浸入”隐失场（非辐射场），产生光 学扰动，探针会将隐失场转变为传播场，把局限在物体 近邻的信息转换出来。
4. 近场光学显微镜
传统光学显微镜与近场光学显微镜 传统光学显微镜：
——光源、载物台和光学放大系统。 ——光源、载物台和光学放大系统。
20 ℃，2-3秒 游离氧化钙：呈彩虹色 黑色中间相：呈蓝色，棕色 20 ℃ ，3秒 A矿：呈蓝色，少数呈深棕色 B矿：呈浅棕色 游离氧化钙：呈彩色麻面 20 ℃ ，3秒 A矿：呈深棕色 B矿：黄褐色
六、光学显微分析技术的突破 近场光学显微镜
1.光学显微镜的 1.光学显微镜的 分辨率极限 显微分析分辨率
3.干涉显微术 3.干涉显微术
——将光波的干涉技术与显 ——将光波的干涉技术与显 微镜结合起来，利用光的干 涉研究物相更细微的表面高 度差，观察数十纳米的高度 差。 ——一束单色光射到空气尖 ——一束单色光射到空气尖 劈上会产生两束存在一定光 程差的光，并产生干涉现象， 在目镜中可见明暗相间的条 纹。 ——不平表面将产生弯曲干 ——不平表面将产生弯曲干 涉条纹。根据干涉条纹的形 状即可检测样品表面的细微 高度差和平整情况。
荧光现象：某些物质在外部能量作用下能产生一定的发光 现象，发光现象随着外能消失而消失。 磷光现象：某些物质在外部能量作用下能产生一定的发光 现象，在外能消失后仍能维持一段时间的发光性。
光学显微分析
3.5干涉显微术
将光波的干涉技术与显微镜结合起来 ，利用光的干涉研究物相更细微的表 面高度差，观察数十纳米的高度差。
一束单色光射到空气尖劈上会产生两 束存在定光程差的光，产生干涉现象 ，在目镜中可见明暗相间的条纹。
不平表面将产生弯曲干涉条纹。根据 干涉条纹的形状即可检测样品表面的 细微高度差和平整情况。
光学显微分析
成员分工：
陈香：概述内容整合+制作整份PPT 王友：晶体光学基础内容整合 钟飨：光学显微分析方法内容整合 曹正凯：光学显微分析的应用实例整合
1 概述 2 晶体光学基础 3 光学显微分析方法 4 光学显微分析的应用实例
目录
contents
1. 概 述
1.1光学显微镜的发展史 1.2光学显微镜的分类
非均质体包括所有中级晶族及低级晶族的晶体物质以及受过应力作用的高级晶族 的晶体。
3.光学显微分析方法
3.1显微分析法 3.2光学金相显微镜 3.3薄膜厚度的光学测量法 3.4不透明薄膜等厚干涉测薄膜厚度 3.5干涉显微术
3.1显微分析法
“
显微分析法
是指利用光学系统或电子光学系统显微镜，将肉眼所不能分辨的微小物体
显微镜 随着显微光学理论和技术的不断发展，光学显微镜分析的视角扩展向了纳米世界。
2.晶体光学基础
2.1光的物理性质 2.2光与固体物质的相互作用 2.3光在晶体中的传播
各类光学显微镜课件
原位杂交技术
又被称为实体显微镜或解剖显微镜，是为了不同的 工作需求所设计的显微镜。 利用解剖显微镜观察时，进入两眼的光各来自一个 独立的路径，这两个路径只夹一个小小的角度，因 此在观察时，样品可以呈现立体的样貌。
其特点为： 视场直径大、焦深大这样便于观察被检测物体的全部层面； 虽然放大率不如常规显微镜，但其工作距离很长； 像是直立的，便于实际操作，这是由于在目镜下方的棱镜把象倒转过来 的缘故。
3.1 光源：能发射光波的物体。 可见光频率范围：7.5×1014 - 3.9×1014 Hz。 真空中对应的波长范围：390nm – 760nm 相应光色：紫、蓝、青、绿、黄、橙、红
3.2 分辨率(鉴别距离)：显微镜能分辨的最小距离， 用D表示。显微镜的鉴别距离越小，分辨率越高。 D=0.61λ / nsin
3.9工作距离 工作距离也叫物距，即指物镜前透镜的表面 到被检物体之间的距离。 在物镜数值孔径一定的情况下，工作距离短孔 径角则大。 数值孔径大的高倍物镜，其工作距离小。
点光源经过光学仪器的小圆孔后，由于衍射的 影响，所成的像不是一个点，而是一个明暗相 间的衍射图样，中央为爱里斑。
爱里斑 s1 * s2 *
D
瑞利判据：当一个点光源的衍射图样的中央最亮 处刚好与另一个点光源的衍射图样的第一级暗纹 相重合时，这两个点光源恰好能被分辨。
显微分析技术PPT课件
7
人眼的最大分辨能力为 0.073 mm (0.2 mm) 光学显微镜的分辨极限约为 0.2 m 透射电子显微镜的分辨极限 0.1 nm
STM 水平方向分辨率：0.05 nm 垂直方向分辨率：0.01 nm；
AFM 水平方向分辨率：1~2 nm 垂直方向分辨率：0.01 nm
8
1987
1986 Nobel Prize
V: 转播速度 : 波长
12
Ex. 色散现象的实验观察
波长nm 色觉 种类
120~380 不可见 紫外光
380~430
紫
430~460
蓝
460~500
靛
500~550
绿 可见光
550~600
黄
600~660
橙
660~760
Leabharlann Baidu
红
760~10,000 不可见 红外光
13
3) 光路的可逆性原理：当光线的前行方向返转时，它将沿 同一原路径，向相反的方向传播。
理想几何光学的基本定律是设计透 镜、反射镜和某些光学仪器的依据
14
三条理想光线确定薄透镜成像的位置和大小
物 f
f f :焦距 像
凸透镜
S:物距
S:像距
凸透镜成像：1/S + 1/S' = 1/f
S' M=
人眼的最大分辨能力为 0.073 mm (0.2 mm) 光学显微镜的分辨极限约为 0.2 m 透射电子显微镜的分辨极限 0.1 nm
STM 水平方向分辨率：0.05 nm 垂直方向分辨率：0.01 nm；
AFM 水平方向分辨率：1~2 nm 垂直方向分辨率：0.01 nm
8
1987
1986 Nobel Prize
V: 转播速度 : 波长
12
Ex. 色散现象的实验观察
波长nm 色觉 种类
120~380 不可见 紫外光
380~430
紫
430~460
蓝
460~500
靛
500~550
绿 可见光
550~600
黄
600~660
橙
660~760
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红
760~10,000 不可见 红外光
13
3) 光路的可逆性原理：当光线的前行方向返转时，它将沿 同一原路径，向相反的方向传播。
理想几何光学的基本定律是设计透 镜、反射镜和某些光学仪器的依据
14
三条理想光线确定薄透镜成像的位置和大小
物 f
f f :焦距 像
凸透镜
S:物距
S:像距
凸透镜成像：1/S + 1/S' = 1/f
S' M=
第四章-显微镜的构造和主要部件PPT课件
➢ 从物镜的后缘到镜筒尾端的距 离称为机械筒长。因为物镜的 放大率是对一定的镜筒长度而 言的。镜筒长度的变化，不仅 放大倍率随之变化，而且成像 质量也受到影响。因此，使用 显微镜时，不能任意改变镜筒 长度。
➢ 国际上将显微镜的标准筒长定 为160mm，此数字标在物镜 的外壳上。
.
1、单目镜筒ຫໍສະໝຸດ Baidu
➢ 单目显微镜镜筒的下端连接物镜， 双目及三目显微镜的下端为连接头， 被手旋螺钉固定在镜臂上。需要时， 旋动手旋螺钉，可以方便地将镜筒 从镜臂上取下来。
.
➢ 不同等级的普通光学显微镜的构造的复杂程度区 别较大
.
镜座与镜臂
➢ 1、镜座 ➢ 镜座又叫底座，是整个显微镜的基座。用
以支撑整个镜体。镜座下面通常装有四个 支撑橡胶脚，以使仪器稳定放在工作台上。 ➢ 简易显微镜的镜座多呈马蹄形，用铸铁制 造。 ➢ 电光源显微镜的镜座多为方形，其内部装 有电光源系统。即照明灯、聚光镜、反光 镜及光源灯电路等均装在其镜座内。底座 侧面装有电源开关和光源亮度调节钮，可 根据不同的需要选择合适的亮度。底座后 面通常装有电源插座及保险（丝）管。也 有的将保险管装在底部的。
.
➢ 好的显微镜在纵横架杆上刻有刻度标尺，构成很精密的平 面座标系。如果我们须重复观察已检查标本的某一部分， 在第一次检查时，可记下纵横标尺的数值，以后按数值移 动推动器，就可以找到原来标本的位置。
➢ 国际上将显微镜的标准筒长定 为160mm，此数字标在物镜 的外壳上。
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1、单目镜筒ຫໍສະໝຸດ Baidu
➢ 单目显微镜镜筒的下端连接物镜， 双目及三目显微镜的下端为连接头， 被手旋螺钉固定在镜臂上。需要时， 旋动手旋螺钉，可以方便地将镜筒 从镜臂上取下来。
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➢ 不同等级的普通光学显微镜的构造的复杂程度区 别较大
.
镜座与镜臂
➢ 1、镜座 ➢ 镜座又叫底座，是整个显微镜的基座。用
以支撑整个镜体。镜座下面通常装有四个 支撑橡胶脚，以使仪器稳定放在工作台上。 ➢ 简易显微镜的镜座多呈马蹄形，用铸铁制 造。 ➢ 电光源显微镜的镜座多为方形，其内部装 有电光源系统。即照明灯、聚光镜、反光 镜及光源灯电路等均装在其镜座内。底座 侧面装有电源开关和光源亮度调节钮，可 根据不同的需要选择合适的亮度。底座后 面通常装有电源插座及保险（丝）管。也 有的将保险管装在底部的。
.
➢ 好的显微镜在纵横架杆上刻有刻度标尺，构成很精密的平 面座标系。如果我们须重复观察已检查标本的某一部分， 在第一次检查时，可记下纵横标尺的数值，以后按数值移 动推动器，就可以找到原来标本的位置。
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2、基本结构
普通金相显微镜的构造主要分为三部分：机 械部分、照明部分和光学部分。
XJP—3A型金相显微镜的构造
1载物台 2物镜 3目镜
4视场光栏
5孔径光栏 6底座
7物镜转换器 8纵动手轮 9横动手轮 10粗调焦手轮 11细调焦手轮 12灯泡 13变压器
XJP—3A型金相显微镜光学系统工作原理
物镜组 辅助物镜片（1） 半透反光镜 聚光镜组（2） 滤色片 聚光镜组（1） 灯泡
可以采用常规的 物镜和目镜．
X 射线显微镜： 1．波长短（10-8 cm数量级），因而可以达到极 高的分辨率．
2．试样可以是透明的，也可以是不透明的，
3．由于孔径角小，可以有很大的焦深，能采用比 较厚的试样，易于实现立体摄影．
4．X射线的吸收率与元素的原子序数有关，当存 在晶状组织时，产生微衍射．X 射线显微镜与微 衍射及微吸收技术的结合，是研究生物和冶金的 一个新的有力工具。
金相显微镜的偏光装置 下图是偏光显微镜结构示意图.与普通光学显微
镜相比,偏光显微镜增加了两个附件--起偏镜和检偏 镜.
偏振光显微镜的应用
1、组织与晶粒的显示 各向异性金属的多晶体，其晶粒在正交偏振
光下可看到不同亮度。亮度不同，表明晶粒位向 不同，而具有相同亮度的两个晶粒，有相同的位 向。
2、多相合金的相分析 (a)两相合金中一相为各向同性，另一相为各
取样原则： • 研究金属及合金显微组织的金相试样应从材料 或零件在使用中最重要的部分截取，或在偏析夹 杂等缺陷最严重的部位截取。 • 分析损坏原因时，则应在损坏的地方与完整的 部位分别截取试样，以探究其损坏或失效的原因。 • 对于有些产生长裂纹的部件，则应在裂纹发源 处、扩展处、或裂纹尾端分别取样。 • 对于大型的金相分析项目或较重要的金相检验 项目，在报告中都应有图或文字说明试样选取的 部位及方向。
百度文库
• 横向试样常用于观察： (a)试样中心边缘组织分布的渐变情况; (b)表面渗层、硬化层、镀层等表面处理的深度及其 组织； (c)表面缺陷,如裂纹、脱碳、氧化、过烧等疵病的深 度; (d)非金属夹杂物在整个端面上的分布情况; (e)测定晶粒度等． • 纵向试样常用于观察： (a)非金属夹杂物大小、变形情况及其含量； (b)带状组织的存在或消除情况； (c)塑性变形引起的晶粒或组织变形的情况．
起偏器
检偏器
自然光I0
•• •
偏振化方向
线偏振光I α
I
1 2
I0
线偏振光I'
I'?
物质发出的光波具有一切可能的振动方向，且各 方向振动矢量的大小相等，称为自然光。当矢量固 定在一个固定的平面内只沿一个固定方向作振动时， 这种光称为偏振光。偏振光的光矢量振动方向和传 播方向所构成的面称为振动面。
自然光通过偏振棱镜或人造偏振片可获得偏振 光。利用偏光原理，可对某些物质具有的偏光性进 行观察的显微镜，就称为偏振光显微镜。
目镜组
双目棱镜组 棱镜 消杂光栏 辅助物镜片（2） 视场光栏 孔径光栏 反光镜
3、特殊显微技术---偏光显微镜
光的二向色性
晶体对相互垂直的两个光振动分量具有选择吸收的性能 称为二向色性。
将二向色性的晶体涂敷于透明薄片上，就成为偏振片。 偏振片是常用的起偏器和检偏器，每个偏振片上都标有 偏振化方向。
光学显微分析
1、各种各样的显微镜
双目立体显微镜: 将被观察的物体放大，形
成正立的有立体感的像，工作 距离长， 较大的视场。
常用于检验、装配和修理 细小的精密零件以及电子线路 的焊接等工作．
金相显微镜：
用以观察金属磨片 等非透明物体
试样不透明，照明 光束从上面照射非透 明物体．
单目与双目光学金相显微镜
•
1.抓住导线将加热丝从加热腔垂直拿 出，小 心不要 将腔内 壁的绝 缘片带 出或划 破。
•
2.将备用加热丝原样垂直装回。注意 ：加热 腔内壁 贴有绝 缘片， 安装时 请保证 绝缘片 紧贴腔 体内壁 。
•
3.确定加热丝已安放后，旋紧固定螺 丝，再 将导线 固定到 接线柱 上。
•
4.上盖帽子原样安放好，先将三颗内 六角螺 丝分别 旋上， 在确定 三颗螺 丝都旋 上后， 均匀将 螺丝旋 紧。
XJP-6A数码显微镜：
XJP-6A光学显微镜→光学适配镜→CCD图像 采集→图像数字化处理→USB口传输→计算机 处理→显示器→打印
干涉显微镜：
由显微镜和干涉仪 组合而成，基于测量 干涉条纹的弯曲量而 测量表面的微观不平 度及透明物体的折射 率不均匀性等，
干涉显微镜分反射 型和透射型两种类 型．
向异性，极易由偏振光鉴别。 (b)两相都属各向同性。经适当的化学浸蚀后，
使一相被浸蚀后具有光学各向异性，而对另一相 并不发生浸蚀作用。
3、非金属夹杂物的鉴别
非金属夹杂物，具有各种光学特性，如反射能 力、透明度、固有色彩均质及非均质性等。利用 偏振光可观察到这些夹杂物的特性，如鉴别钢中 非金属夹杂物。
偏光显微镜：
1、载物台之下有一个下 偏光镜、使入射的自然光 变为偏振光。
2、物镜上有一个正交于 下偏光镜的上偏光镜。
3、目镜下面有一个小的 镜并附有锁光圈装置称勃 氏(Bertrand)镜．上偏 光镜与勃氏镜可以推进或 拉出。
荧光显微镜：
荧光物质把入 射的紫外线变为 可见光，使荧光 显微镜对可见光 成像。
•
5、禁止使用河豚鱼、毒蘑菇、发芽马 铃薯等 含有毒 有害物 质的食 品及原 料，餐 饮业禁 止使用 亚硝酸 盐。
•
6、豆浆、四季豆等生食有毒食物，应 按要求 煮熟焖 透，谨 慎提供 贝类、 海螺类 以及深 海鱼的 内脏， 有效预 防豆浆 、四季 豆、瘦 肉精、 雪卡毒 素等中 毒。
制样过程
金相试样较理想的形状是圆柱体或正方体，其 直径或边长约10-20mm,高约10mm.
磨光是为了消除取样时产生的变形层. 金相试样经磨光后，仍有细微磨痕及表面
金属形变扰动层，这将影响正确的显示组织， 因而必须通过抛光加以消除。抛光的基本方法 有机械抛光、化学抛光、和电解抛光。
以下为制样过程剪辑：
4、塑性变形、择优取向及晶粒位向的测定 可以利用光度计测量整个视野反射光的总强
度，记录它随载物台转动时的变化。无择优取向 的多晶体反射光的总强度不随载物台转动而变化 ，有择优取向的多晶体反射光强度将随载物台在 转动一周中交替产生四次明亮四次黑暗的变化。 明暗差别越显著，表明择优取向程度越高。
4、金相试样的制备