现代材料测试课件 第一章 光学显微分析共58页
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1光学显微镜的使用
金相显微分析技术
材料实验中心
(2) 象域弯曲 直立物体通过透镜后得到弯曲的映象，称为象 域弯曲。其形成原因是由远轴细光束倾斜射入透镜 造成的。这种象差对金相显微摄影尤为不利，所以 在金相摄影时；应选用平面消色差和平面复消色差 物镜，因为它们对视场边缘进行了色差校正。
象域弯曲
金相显微分析技术
材料实验中心
金相显微分析技术
材料实验中心
物镜和目镜
(５)物镜的鉴别能力 垂直鉴别能力又称为景深，是物镜对高低不平的物体清晰造 象的能力。这时的深度是指在平面获得清晰造象时，在聚焦平面 前、后之间高低不平的物体能较清晰成象时的距离。垂直鉴别能 力h可由下式求得：
式中：n——介质折光率； λ——入射光源的波长； M——显微镜放大倍数； N.A——数值孔径。
金相显微分析技术
材料实验中心
物镜分辨能力
金相显微分析技术
材料实验中心
物镜和目镜
2目镜的成象 同样据几何光学成象规律可知，当被观察物体处于该透镜 的一倍焦距以内时，人眼通过透镜观察，可以在250mm远处看 到一个放大了的正立虚象(250mm在这里称为明视距离)。
金相显微分析技术
材料实验中心
物镜和目镜
(3) 多色象差
多色象差是指白色光通过透镜后，由于折射引起光的分解（ 色散）所造成的一系列采色群象现象。其中又分为纵向色差和横 向色差。 纵向色差是指从轴上某一点发出的非单色光的光束，由于组 成中包括有不同（λ）的光波，将会发生色散，致使这些光线交于 轴上不同的点，形成一系列群象的色差现象。 横向色差。由于各种颜色光线折射率不同，故焦距也不同， 但因为放大倍数与焦距有关，所以目的物上不在轴上的点在离轴 不同的距离处成象，这时便产生横向色差，也称为放大色差。
材料实验中心
(2) 象域弯曲 直立物体通过透镜后得到弯曲的映象，称为象 域弯曲。其形成原因是由远轴细光束倾斜射入透镜 造成的。这种象差对金相显微摄影尤为不利，所以 在金相摄影时；应选用平面消色差和平面复消色差 物镜，因为它们对视场边缘进行了色差校正。
象域弯曲
金相显微分析技术
材料实验中心
金相显微分析技术
材料实验中心
物镜和目镜
(５)物镜的鉴别能力 垂直鉴别能力又称为景深，是物镜对高低不平的物体清晰造 象的能力。这时的深度是指在平面获得清晰造象时，在聚焦平面 前、后之间高低不平的物体能较清晰成象时的距离。垂直鉴别能 力h可由下式求得：
式中：n——介质折光率； λ——入射光源的波长； M——显微镜放大倍数； N.A——数值孔径。
金相显微分析技术
材料实验中心
物镜分辨能力
金相显微分析技术
材料实验中心
物镜和目镜
2目镜的成象 同样据几何光学成象规律可知，当被观察物体处于该透镜 的一倍焦距以内时，人眼通过透镜观察，可以在250mm远处看 到一个放大了的正立虚象(250mm在这里称为明视距离)。
金相显微分析技术
材料实验中心
物镜和目镜
(3) 多色象差
多色象差是指白色光通过透镜后，由于折射引起光的分解（ 色散）所造成的一系列采色群象现象。其中又分为纵向色差和横 向色差。 纵向色差是指从轴上某一点发出的非单色光的光束，由于组 成中包括有不同（λ）的光波，将会发生色散，致使这些光线交于 轴上不同的点，形成一系列群象的色差现象。 横向色差。由于各种颜色光线折射率不同，故焦距也不同， 但因为放大倍数与焦距有关，所以目的物上不在轴上的点在离轴 不同的距离处成象，这时便产生横向色差，也称为放大色差。
现代分析技术：1-光学显微镜
球差散焦斑
现代分析技术
减少球差的方法
• 光圈越大球差越严重， 适当减少(收)光圈可改 善球差。
• 凸透镜有正球差，凹 透镜负球差，凹凸两 透镜胶合，可以减小 球差。
• 采用非球面透镜，或 渐变折射率透镜，以 消除球差。
现代分析技术
彗差
• 轴外一物点发出的光 束，孔径角不同的光 通过透镜的不同环带， 对应不同的焦距，在 同一像平面上形成不 同直径的圆形光斑。
• 其叠加的效果就是类 似彗星尾巴的光斑图 形。
现代分析技术
彗差实例
最大光圈，彗差导致光源拉伸， 形成色晕，成像比较柔和
适当收缩光圈，彗差大大减弱， 成像锐利
发明人泽尔尼克(Frits Zernike )获1953年诺贝尔物理学奖。现代分析技术
荧光显微镜
（Fluorescence microscope）
• The specimen is illuminated with light of a specific wavelength which is absorbed by the fluorophores, causing them to emit light of longer wavelengths.
现代分析技术
相位衬度显微镜
（Phase contrast microscopy）
现代分析技术
相位衬度显微镜的优点
光学显微分析技术
英晶体片的固有振动频率随其质量的变化而变化的物理现 象；
• 一个弹性体的固有振动频率取决于其尺寸、弹性模量
和密度等。对厚度为t的石英晶片，其固有频率为：f0
= /2t
- 厚度方向的弹性播的波速
38
第三十八页，讲稿共四十一页哦
石英晶片厚度的微小变化t, 将导致固有频率的变化 f = - t*f0/t = - m* f0/ 0 At 同样，当石英晶片上沉积了一层其他物质时， 其固
11
第十一页，讲稿共四十一页哦
激光共焦扫描显微镜
1. 高分辨率观察的显微镜
常规显微镜的分辨率，0.35μm是极限，
激光共聚焦显微镜的分辨率为0.12μm， 所以在亚微米级观察上可以代替电子显微镜。
2. 高精度表面形貌测量仪
检测细微表面的高度差异，
线宽测量，体积、表面积
异物，杂质等的大小， 表面粗糙度分析
并测量出相邻两条干涉条纹的间距0和在台阶处条纹 的移动量 ，则薄膜厚度为： d = (/0) /2
33
第三十三页，讲稿共四十一页哦
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。
1 不透明薄膜等厚干涉测薄膜厚度
材料研究方法 第1章 绪论
料、信息、能源誉为现代文明的三大支柱，
同时把信息技术、生物技术和新型材料作为
新技术革命的重要标志。
材料科学的任务
使用、研究和制造材料
材料是人类文明的物质基础，每一种新 材料的出现和使用，都伴随着生产力和科学 技术的发展，标志着人类文明的进步。
石器时代
青铜器时代
铁器时代
蒸汽机时代
材料的种类
按化学状态分：金属材料、无机非金属材料、 有机高分子材料、复合材料等。 按使用用途分：建筑材料、包装材料、信息材 料、生物医用材料等。
一、材料结构层次
按设备的分辨率划分 宏观结构 显微结构 亚微观结构 微观结构
以人眼的分辨率为界 以光学显微镜的分辨率为界
以扫描电子显微镜的分辨率为界
材料结构层次划分及所用设备
结构层次 宏观结构 显微结构 亚微观结构 物体尺寸 > 100 m 0.2-100 m 10-200 nm 研究对象 观测设备
课程要求
掌握基本原理
了解常用的实验方法，能设计具体课题的 检测方案，并制备样品
能分析各种照片和图谱，看懂文献中的相 关内容
主要参考书
本课程以王培铭等主编的《材料研究方法》为基 本教材，其它可参考下列教材：
汪相，《晶体光学》，2003，南京大学出版社 周玉，《材料分析测试技术》，1998，哈尔滨工 业大学
同时把信息技术、生物技术和新型材料作为
新技术革命的重要标志。
材料科学的任务
使用、研究和制造材料
材料是人类文明的物质基础，每一种新 材料的出现和使用，都伴随着生产力和科学 技术的发展，标志着人类文明的进步。
石器时代
青铜器时代
铁器时代
蒸汽机时代
材料的种类
按化学状态分：金属材料、无机非金属材料、 有机高分子材料、复合材料等。 按使用用途分：建筑材料、包装材料、信息材 料、生物医用材料等。
一、材料结构层次
按设备的分辨率划分 宏观结构 显微结构 亚微观结构 微观结构
以人眼的分辨率为界 以光学显微镜的分辨率为界
以扫描电子显微镜的分辨率为界
材料结构层次划分及所用设备
结构层次 宏观结构 显微结构 亚微观结构 物体尺寸 > 100 m 0.2-100 m 10-200 nm 研究对象 观测设备
课程要求
掌握基本原理
了解常用的实验方法，能设计具体课题的 检测方案，并制备样品
能分析各种照片和图谱，看懂文献中的相 关内容
主要参考书
本课程以王培铭等主编的《材料研究方法》为基 本教材，其它可参考下列教材：
汪相，《晶体光学》，2003，南京大学出版社 周玉，《材料分析测试技术》，1998，哈尔滨工 业大学
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本部分的主要目的：介绍透射电镜分析、扫描电镜分析、表面成分分析及相关技术的基本原理，了解透射电镜样品制备和分析的基本操作和步骤，掌握扫描电镜在材料研究中的应用技术。在介绍基本原理的基础上，侧重分析技术的应用！讲课18学时，实验：4学时，考试2学时。
主要要求：1)掌握透射电镜分析、扫描电镜分析和表面分析技术及其在材料研究领域的应用；2）了解电子与物质的交互作用以及电磁透镜分辨率的影响因素；3）了解透射电镜的基本结构和原理，掌握电子衍射分析及衍射普标定、薄膜样品的制备及其透射电子显微分析；4）了解扫描电镜的基本结构及其工作原理，掌握原子序数衬度、表面形貌衬度及其在材料领域的应用；了解波谱仪、能谱仪的结构及工作原理，初步掌握电子探针分析技术；5）对表面成分分析技术有初步了解；6）了解电子显微技术的新进展及实验方法的选择；参考书：1）常铁军，祁欣主编。《材料近代分析测试方法》哈尔滨工业大学出版社；2）周玉，武高辉编著。
《材料分析测试技术——材料某射线与电子显微分析》哈尔滨工业大学出版社。1998版3）黄孝瑛编著。
《透射电子显微学》上海科学技术出版社。1987版4）进藤大辅，及川哲夫合著.《材料评价的分析电子显微方法》冶金工业出版社。2001年版5）叶恒强编著。
《材料界面结构与特性》科学出版社，1999版1.1引言眼睛是人类认识客观世界的第一架“光学仪器”。但它的能力是有限的，如果两个细小物体间的距离小于0.1mm时，眼睛就无法把它们分开。
现代材料测试技术
随着新材料和新工艺的不断涌现，对材料测试技术的精度和稳定性提出了更高的要求。为解决这一问题，需要不断改 进测试方法和设备，提高测试技术的可靠性和准确性。
测试标准的统一和规范
目前，材料测试领域存在多种不同的测试标准和规范，这给测试结果的可比性和互操作性带来了挑战。为推动测试标 准的统一和规范，需要加强国际合作和交流，共同制定国际通用的测试标准和规范。
应用
广泛应用于生物学、医学、 材料科学等领域，用于观 察细胞、组织、材料等微 观结构。
优缺点
具有高分辨率、操作简便 等优点，但对样品制备要 求高，且对非金属材料成 像效果较差。
激光共聚焦显微镜技术
原理
利用激光作为光源，通过共聚焦 技术实现三维成像，可获得样品
的表面形貌和内部结构信息。
应用
适用于生物医学、材料科学等领 域，用于研究细胞、组织、材料
电子工程
用于检测电子元器件和集成电 路的性能和可靠性，提高电子 产品的质量和稳定性。
医学领域
用于生物医学材料的研发和性能测 试，如人工关节、心脏瓣膜等医疗
器械的质量控制和安全性评估。
03
光学测试技术
光学显微镜技术
原理
利用可见光和光学透镜成 像，通过调节物镜和目镜 的焦距，实现对样品的放 大观察。
核磁共振分析技术
核磁共振原理
利用原子核在磁场中的自旋和能级跃迁产生的信号，通过测量这些信号的频率和强度，分 析样品的化学结构和物理性质。
测试标准的统一和规范
目前，材料测试领域存在多种不同的测试标准和规范，这给测试结果的可比性和互操作性带来了挑战。为推动测试标 准的统一和规范，需要加强国际合作和交流，共同制定国际通用的测试标准和规范。
应用
广泛应用于生物学、医学、 材料科学等领域，用于观 察细胞、组织、材料等微 观结构。
优缺点
具有高分辨率、操作简便 等优点，但对样品制备要 求高，且对非金属材料成 像效果较差。
激光共聚焦显微镜技术
原理
利用激光作为光源，通过共聚焦 技术实现三维成像，可获得样品
的表面形貌和内部结构信息。
应用
适用于生物医学、材料科学等领 域，用于研究细胞、组织、材料
电子工程
用于检测电子元器件和集成电 路的性能和可靠性，提高电子 产品的质量和稳定性。
医学领域
用于生物医学材料的研发和性能测 试，如人工关节、心脏瓣膜等医疗
器械的质量控制和安全性评估。
03
光学测试技术
光学显微镜技术
原理
利用可见光和光学透镜成 像，通过调节物镜和目镜 的焦距，实现对样品的放 大观察。
核磁共振分析技术
核磁共振原理
利用原子核在磁场中的自旋和能级跃迁产生的信号，通过测量这些信号的频率和强度，分 析样品的化学结构和物理性质。
材料现代研究方法第一章电子光学
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磁透镜
• 使电子获得切向速度。 • 使电子获得径向力，向主轴偏转。
22
磁透镜
v • 电子切向运动产生 Ft
• 轴向磁场分量对电子切向运动的聚焦作 v 用 Fy v • 电子切向运动造成电子绕轴转动 Ft
23
磁透镜
• 电子穿过透镜磁场时，速度不变，方向 连续偏转，形成复杂的空间轨道－－圆 锥螺旋近轴运动。
M 有效 = 1000倍
8
三、电子的波性及其波长
波长390~13nm，会被物体强烈的吸收， 紫外线 — 波长 ，会被物体强烈的吸收， 照明源波长范围200~250nm，分辨率100nm； 照明源波长范围 ，分辨率 ； X 射线 — 10~0.05nm，无法使其会聚 ； ， 电子波 1924年，物理学家德布罗意提出假说：微观粒子 年 物理学家德布罗意提出假说： （电子、中子、离子等）的运动服从波粒二象 电子、中子、离子等） 年后通过电子衍射证实了该假说。 性。2年后通过电子衍射证实了该假说。 年后通过电子衍射证实了该假说
∆ r
0
≈
1 2
λ
即分辨本领主要取决于照明源的波长。 即分辨本领主要取决于照明源的波长。 半波长是透镜分辨本领的理论极限。 半波长是透镜分辨本领的理论极限。 可见光的波长在390~760nm之间，最佳情况下， 之间，最佳情况下， 可见光的波长在 之间 光学玻璃透镜分辨本领极限值可达200nm。 光学玻璃透镜分辨本领极限值可达 。
材料现代分析方法ppt课件
物质对X射线散射的实质是物质中的电子与X光子的相互作用。当入射光子 碰撞电子后，若电子能牢固地保持在原来位置上（原子对电子的束缚力很 强），则光子将产生刚性碰撞，其作用效果是辐射出电磁波-----散射波。 这种散射波的波长和频率与入射波完全相同，新的散射波之间将可以发生 相互干涉-----相干散射。X射线的衍射现象正是基于相干散射之上的。
.
17
中科院化学所的科学家，利用扫描隧道电子显微镜(STM) 针尖在石墨表面刻蚀的方法，形成各种纳米图案。下图是 他们刻蚀的纳米级中国地图，刻线粗细为10纳米。
这是中国科学院化 学所的科技人员利 用纳米加工技术在 石墨表面通过搬迁 碳原子而绘制出的 世界上最小的中国 地图。
.
18
纳米刻蚀是“从上而下”纳米制造方法的典型。北京大学 纳米中心的学者通过AFM针尖对基质Au-Pa合金上的机械 刻蚀，书写了世界上最小的唐诗（10微米×10微米)
按照出射信号的不同，成分分析手段可以分为两类：X光 谱和电子能谱，出射信号分别是X射线和电子。
X光谱包括X射线荧光光谱(XFS)和电子探针X射线显微分 析（EPMA）两种技术，
电子能谱包括X射线光电子能谱(XPS)、俄歇电子能谱 (AES)、电子能量损失谱(EELS)等分析手段。
.
24
EPMA电子探针X射线显微分析
.
19
SPM
现代电子显微分析第一章电子光学基础选编
• 可见光用玻璃透镜聚焦。 • 电子束在旋转对称的静电场或磁场中可聚焦。 • 电子束的聚焦装置是电子透镜。
电子透镜
静电透镜 磁透镜
电子枪，发射电子束 会聚透镜，起成像和放大作用
1.3.1 电子在静电场中的运动和静电透镜
1. 电子在静电场中的运动 电子在静电场中受到电场力的作用将产生加速度。初速度
为0的自由电子从零电位到达V电位时，电子的运动速度v为：
样品上两个物点S１、S２经过物镜在像平面形成像s1’、s2’。 Ｓ1、Ｓ2成像后在像平面上会产生两个Airy斑Ｓ1’、Ｓ2’．
如果两个物点靠近，相应的两个Airy斑也逐渐重叠．当 斑中心间距等于Airy 斑半径时，强度峰谷值相差19%，人眼 可以分辨，即Rayleigh准则。
0.81I
I
两Airy斑明显可分辨
V//B，fe = 0, 电子在磁场中不受磁场力，运动速度大 小和方向不变；
V┴B，fe = fmax，电子在与磁场垂直的平面内作匀速 圆周运动；
V与B成θ角，电子在磁场内作螺旋运动；
在轴对称的磁场中，电子在磁场内作螺旋近轴运动。
（a）磁力线上任一点的磁感应强度B 可分解为平行于透镜主轴的分量BZ和 垂直于透镜主轴的分量Br （b）电子所受切向力Ft和径向力Fr （c）电子作圆锥螺旋近轴运动
学透镜的形状。
磁
2)带有极靴的磁透镜 为缩小磁场轴向宽度，在环状间隙两边加上
电子透镜
静电透镜 磁透镜
电子枪，发射电子束 会聚透镜，起成像和放大作用
1.3.1 电子在静电场中的运动和静电透镜
1. 电子在静电场中的运动 电子在静电场中受到电场力的作用将产生加速度。初速度
为0的自由电子从零电位到达V电位时，电子的运动速度v为：
样品上两个物点S１、S２经过物镜在像平面形成像s1’、s2’。 Ｓ1、Ｓ2成像后在像平面上会产生两个Airy斑Ｓ1’、Ｓ2’．
如果两个物点靠近，相应的两个Airy斑也逐渐重叠．当 斑中心间距等于Airy 斑半径时，强度峰谷值相差19%，人眼 可以分辨，即Rayleigh准则。
0.81I
I
两Airy斑明显可分辨
V//B，fe = 0, 电子在磁场中不受磁场力，运动速度大 小和方向不变；
V┴B，fe = fmax，电子在与磁场垂直的平面内作匀速 圆周运动；
V与B成θ角，电子在磁场内作螺旋运动；
在轴对称的磁场中，电子在磁场内作螺旋近轴运动。
（a）磁力线上任一点的磁感应强度B 可分解为平行于透镜主轴的分量BZ和 垂直于透镜主轴的分量Br （b）电子所受切向力Ft和径向力Fr （c）电子作圆锥螺旋近轴运动
学透镜的形状。
磁
2)带有极靴的磁透镜 为缩小磁场轴向宽度，在环状间隙两边加上
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，对于同一介质，光波的波长与折射率成反比（在紫光 中测定的折射率最大，红光中的值最小）。 4）晶体的折射率色散能力：即晶体在两种波长光波中的折 射率差值越大。差值越大，色散能力越强，液体的色散 能力较固体强。
为了不受色散的影响，测定折射率时宜在单色光中进 行，通常利用黄色光，即用钠光灯作光源（波长在可见 光谱的中部）。
30.03.2020
1.2 晶体光学基础——晶体结构
2、晶胞和点阵类型 晶体中原子规则排列的基本特征：周期性与对称性 晶胞（阵胞）：在点阵中选择一个由阵点连接而成的
几何图形（一般为平行六面体）作为点阵的基本单元 来表达晶体结构的周期性。 平行六面体的阵胞可由表示其形状与大小的3个矢
量a、b、c来描述，称为单位阵胞矢量（点阵基矢 或基本平移矢量）； a、b、c的长度即晶胞3个棱边的长度a、b、c称为 点阵常数，b与c、c与a及a与b的夹角分别记为α、β 、γ。 仅考虑表达点阵的周期性，所有晶体均可分别用由14 种阵胞表达的空间点阵（称为布拉菲点阵）来描述其 原子排布规则。（p13表1-5）
可见光
光学显微分析使用波பைடு நூலகம்：可见光波段390~770nm
30.03.2020
1.2 晶体光学基础——光的物理特性
自然光和偏振光 自然光：垂直于光的传播方
向振动，在垂直于光的传 播方向的平面内的任意方 向振动。
偏振光：垂直于光的传播方 向振动，且只在垂直于光的 传播方向的平面内的某一方 向振动。
偏振光的光振动方向与传播方向组成的平面称为振动面。 由此也将偏振光称为平面偏光，简称偏光。
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1.2 晶体光学基础
材料晶相组成直接影响到它们的结构和性质，其原料的 晶相组成及其显微结构直接影响着生产工艺过程及产品 性能。
→评价材料及其原料的性能、质量时，要考虑其化学组成 ，还必须考虑它的晶相组成及显微结构。
显微结构：就是指构成材料的晶相形貌、大小、分布以 及它们之间的相互关系。
光学显微分析技术的作用： 进行物相分析，即研究材料和其原料的物相组成及显 微结构； 并以此来研究形成这些物相结构的工艺条件和产品性 能间的关系。
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1.2 晶体光学基础
1.2.1 晶体结构 1、空间点阵的概念 晶体：组成原子（或离子、分子、原
子团等，以下不需加以区别时，泛称 原子）有规则排列的固体。 空间点阵或晶体点阵，简称点阵：为 描述晶体中原子的排列规则，将每一 个原子抽象视为一个几何点（称为阵 点），从而得到一个按一定规则（即 晶体中原子排列规则）排列分布的无 数多个阵点组成的空间阵列。 晶格：将各阵点用直线联接成为空间 格子，空间点阵（晶格）如右图。
30.03.2020
1.2 晶体光学基础
1.2.3 光与固体物质的相互作用 —— 吸 收 、 反 射 、 折 射 、 干 涉、衍射等现象
光的折射定律：
sini Vi N sinr Vr
反射
i’
式中：
Vi —光在入射介质中的速度； Vr —光在折射介质中的速度； N —折射介质对入射介质的相对折射率（或折光率）；
出油浸系物镜，使光学显微镜分辨本领达到了0.2微米理 论极限，制成了真正意义的现代光学显微镜。
30.03.2020
1.1 概述——光学显微分析的发展
罗伯特·虎克制造的显微镜（1665） 罗伯特·虎克观察到的细胞
30.03.2020
30.03.2020
1.1 概述
2、光学显微镜分类（依据成像原理） 几何光学显微镜：生物显微镜、落射光显微镜、倒置显
内容
1.1 概述 1.2 晶体光学基础 1.3 分析方法
1.3.1 光学显微分析方法 1.3.2 特殊显微光学分析法 1.4 光学显微分析样品的制备 1.5 光学显微分析技术的进展及在材料科学中的应用
30.03.2020
第一章 光学显微分析
1.1 概述 1、光学显微分析的发展 15世纪中叶，用放大镜（单式显微镜）观察蜜蜂； 1590年，荷兰詹森父子创造出最早的复式显微镜； 17世纪中叶，虎克设计出第一台性能较好的显微镜； 惠更斯目镜诞生，并成为现代光学显微镜目镜的原形； 19世纪，德国的阿贝阐明光学显微镜成像原理，并制造
为了表示晶向和晶面的空间取向（方位），采用统 一的标识，称为晶向指数和晶面指数；国际通用密勒（ W.H.Miller）的标识方法，故又称为密勒指数，确定方 法见p15。
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1.2 晶体光学基础
光是键合电子在原子核外电子能级之间激发跃迁产生的 自发能量变化，导致发射或吸收辐射能的一种形态。
微镜、金相显微镜、暗视野显微镜等。 物理光学显微镜：相差显微镜、偏光显微镜、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。 信息转换显微镜：荧光显微镜、显微分光光度计、图像 分析显微镜、声学显微镜、照相显微镜等。 特种光学显微镜：高温显微镜、近场光学显微镜等。
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若入射介质为真空，则称为折射介质的绝对折射率（简
称折射率）。
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1.2 晶体光学基础——光与固体物质的相互作用
sini Vi N 光的折射特点： sinr Vr 1）介质中光传播的速度↑，该介质的折射率↓； 2）光在真空中的传播速度最大，其它固体或液体中N>1； 3）同一介质的折射率因所用光波波长而异（折射率色散）
1.2.2 光的物理特性 光的波粒二象性
光学显微分析所观察到的光与物质的相互作用效应，在 特性上像波，故利用光的波动学说解决晶体光学问题。 光为横波，即光波振动与传播方向垂直
纵波
横波
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1.2 晶体光学基础——光的物理特性
电磁波谱上不同波本质完全相同，只是波长（或频率） 不同而特性不同。
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1.2 晶体光学基础——晶体结构
3、晶体结构与空间点阵 晶体结构= 空间点阵 + 结构基元
结构基元的划分应满足每个阵点上结构基元（物质 组成及其在基元内的分布）相同的原则。
结构基元的多样性使晶体结构有无限多种类。 晶向指数与晶面指数
晶体中由原子组成的直线和平面分别称为晶向和晶 面（相应于点阵中的阵点列和阵点面）。
为了不受色散的影响，测定折射率时宜在单色光中进 行，通常利用黄色光，即用钠光灯作光源（波长在可见 光谱的中部）。
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1.2 晶体光学基础——晶体结构
2、晶胞和点阵类型 晶体中原子规则排列的基本特征：周期性与对称性 晶胞（阵胞）：在点阵中选择一个由阵点连接而成的
几何图形（一般为平行六面体）作为点阵的基本单元 来表达晶体结构的周期性。 平行六面体的阵胞可由表示其形状与大小的3个矢
量a、b、c来描述，称为单位阵胞矢量（点阵基矢 或基本平移矢量）； a、b、c的长度即晶胞3个棱边的长度a、b、c称为 点阵常数，b与c、c与a及a与b的夹角分别记为α、β 、γ。 仅考虑表达点阵的周期性，所有晶体均可分别用由14 种阵胞表达的空间点阵（称为布拉菲点阵）来描述其 原子排布规则。（p13表1-5）
可见光
光学显微分析使用波பைடு நூலகம்：可见光波段390~770nm
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1.2 晶体光学基础——光的物理特性
自然光和偏振光 自然光：垂直于光的传播方
向振动，在垂直于光的传 播方向的平面内的任意方 向振动。
偏振光：垂直于光的传播方 向振动，且只在垂直于光的 传播方向的平面内的某一方 向振动。
偏振光的光振动方向与传播方向组成的平面称为振动面。 由此也将偏振光称为平面偏光，简称偏光。
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1.2 晶体光学基础
材料晶相组成直接影响到它们的结构和性质，其原料的 晶相组成及其显微结构直接影响着生产工艺过程及产品 性能。
→评价材料及其原料的性能、质量时，要考虑其化学组成 ，还必须考虑它的晶相组成及显微结构。
显微结构：就是指构成材料的晶相形貌、大小、分布以 及它们之间的相互关系。
光学显微分析技术的作用： 进行物相分析，即研究材料和其原料的物相组成及显 微结构； 并以此来研究形成这些物相结构的工艺条件和产品性 能间的关系。
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1.2 晶体光学基础
1.2.1 晶体结构 1、空间点阵的概念 晶体：组成原子（或离子、分子、原
子团等，以下不需加以区别时，泛称 原子）有规则排列的固体。 空间点阵或晶体点阵，简称点阵：为 描述晶体中原子的排列规则，将每一 个原子抽象视为一个几何点（称为阵 点），从而得到一个按一定规则（即 晶体中原子排列规则）排列分布的无 数多个阵点组成的空间阵列。 晶格：将各阵点用直线联接成为空间 格子，空间点阵（晶格）如右图。
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1.2 晶体光学基础
1.2.3 光与固体物质的相互作用 —— 吸 收 、 反 射 、 折 射 、 干 涉、衍射等现象
光的折射定律：
sini Vi N sinr Vr
反射
i’
式中：
Vi —光在入射介质中的速度； Vr —光在折射介质中的速度； N —折射介质对入射介质的相对折射率（或折光率）；
出油浸系物镜，使光学显微镜分辨本领达到了0.2微米理 论极限，制成了真正意义的现代光学显微镜。
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1.1 概述——光学显微分析的发展
罗伯特·虎克制造的显微镜（1665） 罗伯特·虎克观察到的细胞
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1.1 概述
2、光学显微镜分类（依据成像原理） 几何光学显微镜：生物显微镜、落射光显微镜、倒置显
内容
1.1 概述 1.2 晶体光学基础 1.3 分析方法
1.3.1 光学显微分析方法 1.3.2 特殊显微光学分析法 1.4 光学显微分析样品的制备 1.5 光学显微分析技术的进展及在材料科学中的应用
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第一章 光学显微分析
1.1 概述 1、光学显微分析的发展 15世纪中叶，用放大镜（单式显微镜）观察蜜蜂； 1590年，荷兰詹森父子创造出最早的复式显微镜； 17世纪中叶，虎克设计出第一台性能较好的显微镜； 惠更斯目镜诞生，并成为现代光学显微镜目镜的原形； 19世纪，德国的阿贝阐明光学显微镜成像原理，并制造
为了表示晶向和晶面的空间取向（方位），采用统 一的标识，称为晶向指数和晶面指数；国际通用密勒（ W.H.Miller）的标识方法，故又称为密勒指数，确定方 法见p15。
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1.2 晶体光学基础
光是键合电子在原子核外电子能级之间激发跃迁产生的 自发能量变化，导致发射或吸收辐射能的一种形态。
微镜、金相显微镜、暗视野显微镜等。 物理光学显微镜：相差显微镜、偏光显微镜、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。 信息转换显微镜：荧光显微镜、显微分光光度计、图像 分析显微镜、声学显微镜、照相显微镜等。 特种光学显微镜：高温显微镜、近场光学显微镜等。
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若入射介质为真空，则称为折射介质的绝对折射率（简
称折射率）。
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1.2 晶体光学基础——光与固体物质的相互作用
sini Vi N 光的折射特点： sinr Vr 1）介质中光传播的速度↑，该介质的折射率↓； 2）光在真空中的传播速度最大，其它固体或液体中N>1； 3）同一介质的折射率因所用光波波长而异（折射率色散）
1.2.2 光的物理特性 光的波粒二象性
光学显微分析所观察到的光与物质的相互作用效应，在 特性上像波，故利用光的波动学说解决晶体光学问题。 光为横波，即光波振动与传播方向垂直
纵波
横波
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1.2 晶体光学基础——光的物理特性
电磁波谱上不同波本质完全相同，只是波长（或频率） 不同而特性不同。
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1.2 晶体光学基础——晶体结构
3、晶体结构与空间点阵 晶体结构= 空间点阵 + 结构基元
结构基元的划分应满足每个阵点上结构基元（物质 组成及其在基元内的分布）相同的原则。
结构基元的多样性使晶体结构有无限多种类。 晶向指数与晶面指数
晶体中由原子组成的直线和平面分别称为晶向和晶 面（相应于点阵中的阵点列和阵点面）。