第七章-显微分析法
08 玻璃缺陷及微晶玻璃岩相分析
图b是粉料结石中常见的未熔石英颗粒，
表面出现较粗大的裂纹（图8-6），开始磷
石英化（正交偏光），图8-15中斑晶裂纹
（单偏光）。
图c是进一步熔解的石英颗粒，表面已
发生多晶转变，完全成磷石英晶体，颗粒
周围因熔解而富含SiO2的玻璃相已析出细
小的磷石英晶体（正交偏光）。图3-1-13
为未熔石英及其周围析出的针状磷石英
③ 物理侵蚀：玻璃液流动对砖体的冲刷作
用及荷重的压力作用，加剧了砖体的剥落
和化学侵蚀。
由此使来源于耐火材料的结石有三种可
能情况：一种是耐火材料本身的晶化或气 孔，再一种是耐火材料的物相与玻璃反应
后生成的变质结晶矿物，另一种则是耐火
材料被熔化后重新析晶的矿物。
所以在玻璃窑内应根据不同部位的工作
条件，所制玻璃的成分，熔化温度的高低
了侵蚀交代反应。
并随温度的升高，侵蚀逐渐加剧，随着 侵蚀交代反应的逐步进行，在各反应阶段 形成不同的结石矿物，它们的侵蚀机理与 矿物特征可综合为以下几点：
① 在未侵蚀带是砖体自身结构，为均匀的
板柱状磷石英（多呈矛头双晶，图8-10正
交偏光）及部分残余石英。
② 在过渡带仍保留磷石英，但由于温度升
识别和鉴定晶体。常见的有（见图8-4）：扫 把状的失透石（Na2O· 3MgO· 6SiO2）（A），
放射状的透辉石（CaO· MgO· 2SiO2）和硅
灰石（Na2O· SiO2） （B） 。
树枝状的斜锆石（ZrO2）（C），网状的 莫来石（3Al2O3· 2SiO2）（D），以及阶梯 状的霞石（Na2O· Al2O3· 2SiO2）。
① 温度条件：大部分窑炉用的硅质耐火材
料在温度变化过程中要发生鳞石英、方石
分析化学中的显微分析技术
分析化学中的显微分析技术在现代化学分析中，显微分析技术被广泛应用于材料分析和生物组织分析等领域中。
显微分析技术利用显微镜和电子显微镜等工具，将样品进行分析和观察，从而揭示样品的性质和结构。
本文将从显微分析技术的基本原理、方法和应用等方面进行探讨。
一、显微分析技术的基本原理显微分析技术是一项将样品置于显微镜下进行观察和分析的技术。
在显微镜下，观察者可以看到样品的形态、结构、组成和性质等。
显微分析技术通常被分为光学显微分析和电子显微分析两类。
其中，光学显微分析是利用可见光照射样品，观察并分析样品的反射、透射和吸收等现象，以得出样品的信息。
电子显微分析则是利用电子束对样品进行照射和分析。
基于这两类显微分析技术，人们可以进一步发展出一系列的分析方法，如荧光显微分析、激光显微分析、X射线显微分析、扫描电镜和透射电镜等。
这些方法都可以通过被观察样品的特性、结构和功能等来分类。
因此，显微分析技术成为了化学分析的一个重要工具。
二、显微分析技术的方法光学显微分析光学显微分析是利用光学原理，对可见光和近红外线的反射、透射和散射等现象进行分析。
它通常用于分析有机材料、无机盐、生物材料和金属等，具有成本低、易操作和分辨力高的优点。
荧光显微分析荧光显微分析是利用荧光物质对激发光的荧光发射进行分析。
它通常用于生物材料、医学诊断和环境监测等领域中。
荧光显微分析通常具有较高的灵敏度和分辨率，但是需要使用荧光标记的样品。
激光显微分析激光显微分析是利用激光束对样品进行照射，分析样品的散射、吸收和荧光发射等现象。
它通常用于分析有机材料、无机盐和生物组织等。
与其他显微分析方法相比，激光显微分析具有高分辨率、灵敏度和速度的优点。
X射线显微分析X射线显微分析是一种基于X射线原理的技术，用于分析样品的组成和结构。
它通常用于分析有机材料、金属材料和无机盐等。
与其他显微分析方法相比，X射线显微分析具有较高的分辨率和灵敏度。
电子显微分析电子显微分析是利用电子束对样品进行照射，分析样品的散射、吸收和荧光发射等现象。
《显微分析》PPT课件
7
在荧光屏或感光底片上成像
透射显微镜 构造原理和
光路
b) 透射光学 显微镜
a) 透射电子显微镜
图8-3 TEM与透射光学显微镜的构造原理和光路
• 物镜(M0)用来获得被检物的一次放大像和衍射谱，它决定 显微镜的分辨率，是电镜的心脏．中间镜(Mi)是个可变倍 率的弱透镜，它的作用是把物镜形成一次中间像或衍射谱 射到投影镜的物面上．投影镜(Mp)把中间镜形成的二次像 及衍射谱放大到荧光屏上，一般具有2—3个聚光镜和4—6 个物镜加投影镜。
8. 主要作用： 用于选区衍射，也就是选择样品上的一个
Ⅰ 点分辨本领的测定
将铂、铂-铱或铂-钯等金属或合金，用真 空蒸发的方法获得粒度为5~10埃，间距为2~10 埃的粒子，将其均匀地分布在火棉胶（或碳） 支持膜上，在高放大倍数下拍摄这些粒子的像， 并经光学放大（5倍左右），从照片上找出粒 子间最小的间距，除以总放大倍数，即为相应 电子显微镜的点分辨本领。
创造了相衬显微术。
二、 电子束与固体样品相互作用
如图，当高能电子束轰 击样品表面时，由于入 射电子束与样品间的相 互作用，99％以上的入 射电子能量将转变成热 能，其余约1％的入射电 子能量，将从样品中激 发出各种有用的信息， 它们包括：
图8-1 电子与试样作用产生的信息 1-大倍数等于成像系统各透镜放大倍数的乘积． 即：
M＝Ｍ0×Mi×Mp
2 镜筒内为什么保持高真空状态
3 ⑴ 防止高速电子受空气分子碰撞而改变运 动轨迹；
4 ⑵ 避免因空气分子电离而引起放电而破坏 了电子枪电极间的绝缘；
5 ⑶ 避免阴极氧化及样品污染。
3 为什么使用电磁透镜？
使用静电透镜（用电场聚焦）需要高 压，给设备的设计和操作带来不便。
材料科学研究方法-透射电子显微成像分析g
衍衬像的形成方法 明场像的成像
暗场像——用物镜光栏挡住透射束及其余衍射束， 而只让一束强衍射束通过光栏参与成像的方法， 称为暗场成像，所得图象为暗场像。 暗场成像有两种方法：偏心暗场像与中心暗场 像。 必须指出： ① 只有晶体试样形成的衍衬像才存 明场像与暗场像之分，其亮度是明暗反转的，即 在明场下是亮线，在暗场下则为暗线，其条件是， 此暗线确实是所造用的操作反射斑引起的。
相位衬度—原子像
引入附加相位位移的方法：物镜的 球差和欠焦量。
由于透镜球差引入的程差
ABC—ABC’＝C4
如果观察面位于象面之下（物镜欠焦 f），引进的程差则是 DC－D’C’ ≈-0.5f2
适当选择欠焦量，使两种效应引起的附 加相位变化是(2n－1)／2，就可使相 位差转换成强度差，使相位衬度得以显 现。(再移动／2，两者相位差就可为)
g F e
n
2 iKRn
F e
n
2 isz zn
∵ ID=Φ·Φ* 写成积分形式
g F e
0
t
2 isz z
dz
sin 2 sz t ID F 2 sin 2 sz
Vc cos g Fg
其中F =π/ξg
散射截面: 弹性: rn = z· /(u· e α) бn=πrn 2 = π(z 2e2/ u 2α) 非弹性: r e = e/ u· α бe= π re 2 zбe= zπr e 2 б o= бn + zбe бn / zбe = z 表明原子序数越大，弹性 散射的比例就越大，弹性散射是透射电 子成像的基础，而非弹性散射主要引起 背底增强，图象反差下降。
07第七章 矿物的浸蚀鉴定
第七章矿物的浸蚀鉴定及显微结晶化学分析第一节矿物的浸蚀鉴定一、漫蚀鉴定的概念及意义浸蚀反应是指一定浓度的液体化学试剂与矿石磨光片接触后有无发泡、溶解、变色、沉淀等现象而言。
利用某些化学试剂对矿物产生浸蚀反应与否的方法来鉴别矿物称之为“浸蚀鉴定”。
在二十世纪四十年代以前，这种鉴定金属不透明矿物方法受到各国矿相学家如M.N.Short（1931)、A．Г．Бётехтии和Л．B．Радугииа(1933)等的重视并在许多矿物鉴定表中起主导作用。
但从二十四纪四十年代以来，由于物理方法测试技术的飞跃进展，特别是应用光电学原理定量测定矿物反射率方面的突破，使得矿物的物理性质(特别是光学性质)在矿相显微镜下鉴定金属矿物居主导地位。
虽然如此，浸蚀鉴定在当前仍不失为一种重要的辅助方法。
例如在物理性质方面很相似的红砷镍矿与红锑镍矿用20％浓度的FeCl3溶液浸蚀这两种矿物，前者不起反应，后者发生反应变为晕色，即可迅速、简便地将二者区别开来。
特别是现代矿物学不仅要鉴定出矿物种，而且要求鉴定出矿物“变种”以至类质同象矿物系列的中间性产物，浸蚀鉴定有时能够提供这些“变种”、“中间过渡相”的化学试剂浸蚀反应特征。
如一般的纯砷黝铜矿，1:1HNO3浸蚀反应为晕色正反应，20％KCN 为染浅褐正反应或负反应，其余试剂为负反应。
但我们详细研究过的陕西含铁砷黝铜矿(含Fe8.82％)的浸蚀反应则为1:1HNO3呈气散和染褐色正反应，20％KCN为负反应，其余试剂均不起作用。
二、浸蚀反应的机制大家知道，光片在抛光过程中在矿物表面形成厚约数十到数百毫微米的非晶质薄膜充填于矿物的解理缝、裂隙及晶粒之间的空隙中。
当被鉴定矿物与浸蚀试剂接触时，首先与试剂接触的就是这种非晶质簿膜，进—步才是矿物的真实表面，当试剂只溶解非晶质薄膜时，矿物表面的性质和颜色往往变化不大，只显示原来被非晶质薄膜掩盖的解理纹、裂隙、双晶、晶粒内部环带结构及晶粒界线以至光片在细磨时留下的擦痕等。
电子探针X射线显微分析(EPMA)
电解抛光原理示意图
68
EBSD试样制备——离子束抛光
69
样品
切割面
挡板 离子束
70
71/56
用途—截面抛光
用途—多相材料
C
W
金刚石复合材料
Si
Cr
72
用途—大面积抛光
No Etch
Etch 10 min.
Etch 30 min.
73
铝合金
机械抛光条件：硅溶胶；5kV，5h
74
EBSD标定率：75.9%
上图所示为：镶嵌后的样品在 振动抛光机上的实际工作状态
66
EBSD试样制备——电解抛光
• 优点：样品表面无变形层 • 缺点： • 并不适合于所有金属，特别是双相或多相合金 • 抛光不均匀或者形成凹坑或浮凸 • 比较难找到合适的抛光工艺参数 • 电解液污染和有毒，不易存储，对于不同材料需要配制不
同电解液。电解液的通用性差，使用寿命短和强腐蚀性。
27
特点
1)对晶体结构分析的精度已使EBSD技术成为一种继X光衍射和 电子衍射后的一种微区物相鉴定新方法; (2)晶体取向分析功能使EBSD技术已成为一种标准的微区织构 分析技术; (3) EBSD方法所具有的高速(每秒钟可测定100个点)分析的特点 及在样品上自动线、面分布采集数据点的特点已使该技术在晶 体结构及取向分析上既具有透射电镜方法的微区分析的特点又 具有X光衍射(或中子衍射)对大面积样品区域进行统计分析的 特点; (4)进行EBSD分析所需的样品制备相对于TEM样品而言大大简 化。
=25 µm ;M ap4;S tep=0.7 µm ;G rid200x200
49
Grain size analysis
ISO FDIS 16232-7 2006 (E) 显微分析法确定微粒粒度和计数
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违者将被起诉。
目录页码前言 (ⅳ)简介 (ⅴ)1范围 (1)2参考标准 (1)3术语和定义 (1)4原理 (2)5设备 (2)5.1准备薄膜过滤器的设备 (2)5.2分析设备 (3)5.3图像分析 (7)5.4自动试样台 (8)5.5多图像分析 (8)5.6环境条件 (9)5.7健康与安全 (9)6校正 (9)7程序 (10)7.1设备的清洗和准备 (10)7.2薄膜过滤器的准备 (10)7.3微粒粒度分级和计数程序 (11)8结果 (12)8.1测试报告 (12)8.2报告结果 (13)附录A（了解性信息）过滤 (14)A.1 与萃取设备相连的过滤 (14)A.2 单独过滤 (14)附录B（了解性信息）场扫描 (15)附录C（了解性信息）边缘微粒的计数 (16)附录D（了解性信息）多图像分析 (19)附录E（了解性信息）图像分析系统的分辨率和刻度 (20)附录F（了解性信息）测试报告示例 (21)F.1 顾客信息 (21)F.2 报告和分析信息 (21)F.3 测试部件信息 (21)F.4 萃取程序 (21)F.5 显微分析条件 (21)F.6 分析结果 (22)F.7 观察结果/注释（放大率、光源、灰度、相机设置等） (22)参考书目 (23)前言ISO（国际标准化组织）是全球国家标准团体的联盟（ISO成员体）。
材料微观结构第七章材料中的第二相及其电子显微分析方法2
2. 孪晶衍射
立方晶系的孪晶衍射在基 体衍射谱上呈现特定的斑点 分布，其典型特征是当 ph+qk+rl=3n(n=0,1,2,3…)时， 孪晶斑点与基体斑点相重。 [pqr], (hkl)分别为孪晶轴方向 指数，和与基体反射同名的 孪晶斑点指数。当 ph+qk+rl=3n1时，孪晶斑点 位于两基体斑点的某三等分 处。如图7－9(b)。
由(7-12),(7-14),(7-16)式即得同一取向的另一表现形
式：
((hh12''kk1'2'll1'2)' )s
s
(h1k1l1 ) m (h2k2l2 )
m
(h3' k3' l3' )s (h3k3l3 )m
（7－17）
G、G－1为晶面指数/晶向指数的互换矩阵，对立方 晶系恒有[G]=[G-1]=1。
合金中溶质原子富集 区如GP区，薄片状碳化 物，乃至其它薄片状显微 结构，如密集的孪晶片或 滑移带薄片等，都可能产 生这种漫散衍射效应。
7.4.2第二相和某些特征结构引起的衍射效应
1.有序超点阵结构
例如Ni基高温合金中 的γ‘相(Ni3Al(Ti))，这是一 种面心有序结构，它和基 体(γ相)二者的点阵常数极 为相近，衍射谱上将在两 个强基体反射之间出现指 数奇偶混合的斑点，如在 (000)~(220)之间出现(110) 斑点，如图(a)。
(111) (111) [1 1 0] [1 1 1]
和西山关系(Nishyama关系)：
(1 1 1) (1 1 0) [0 1 1] [001]
注意取向关系中平行晶面和平行晶向均尽可能用低 指数表示。此外，同一取向关系总存在若干同类型不同 变态，例如奥氏体(γ)有四个{111}γ面，每个{111}γ面上 又有三个<111> γ方向。所以不论是K－S关系，还是西 山关系，都存在12种取向变态。为了使电子束入射方向 更接近于衍射谱所表示的晶带轴方向，应通过微调试样 取向，使所有基体斑点尽可能以（000）为对称中心呈 等强分布，即让倒易面尽可能垂直于电子束方向。只有 这样，所测得的取向才与计算结果相差不大，不会超过 2°。不呈等强分布时，误差甚至可高达15°。
《显微构造分析的工作与技术方法简介》课件
3、标本定向标记方法
（1）组构定向法（以岩组座标系统定向） 在野外露头上，先根据小构造确定不同组构轴的方位，标记在定向面上，并测定组构轴方位产状，再将标本敲下。
（2）地理定向法（以地理座标系统定向）
在定向面，先测量出该面产状，再将其走向线和真倾斜线标上，再将标本敲下。如果在上层面定向不方便，也可在下层面定向，但标记应有区别或注明。如该定向面产状很平缓接近水平，则只要在定向面上标上正北方位，再将标本敲下。
（一）区域构造背景分析 （2）另一方面，开展显微构造分析，还需要结合区域较大尺度上的构造特点，针对不同的目的采集不同构造部位的样品。 如开展褶皱机制的研究工作，需要在褶皱不同构造部位，如转折端、核部、翼部等部位采集相应的变形岩石样品位、具有不同特点的糜棱状岩石样品开展研究。
（3）综合定向法
这种方法是将地理定向法和组构定向法结合起来应用。即在野外先按照地理定向法定向，量出并记录下定向面的产状；再在定向面上将组构轴标上；并量出并记录下组构轴的产状。
a
b
4、采集定向标本的注意事项
（1）不要匆匆忙忙打标本，一定要先进行露头详细观察，研究各种地质现象、小构造特征及其相互关系，组构要素的产状等。 （2）要区分定向面是朝上还是朝下，并要用不同的标记方法标明，以免日后在室内恢复标本产状时出错。 （3）采标本时一定要记录采样点坐标位置、标图，标本编号、详细记录，必要时素描与照相。
实验七 金相试样的制备及显微分析
实验七金相试样的制备一、实验目的1.对金相试样的制备过程有基本了解。
2.按实验要求给出的条件制备出一个合符要求的金相试样。
二、实验原理金相试样的制备是金相分析中极为重要的工序，没有一个合符要求的试样，任何金相分析工作都不可能进行，因此制备金相试样的训练是属于金相分析方法中的基本功，必须认真对待，反复实践，不断提高制样质量。
1.金相试样的截取金相试样一般制成边长为10mm的立方体，或直径10～15mm，高10mm圆柱体，按实际情况有时制成片状、丝状或不规则形状的．被检验的金属材料或机械零件因所经过的工艺过程或处理情况不同，金相试样的截取部位也应不同，这要视研究的目的而定，其原则是取样的部位必须能表征被检材料或零件的特点．当金相试样截取部位确定之后，应进一步确定试样上那一个面作为观察面，这也要视研究的目的而定。
截取试样的方法很多，如锯、车、刨、锤、这砂轮片切割、氧～乙炔切割，电火花切割，阴极机法切割等，究竟用哪一种方法为好，这是根据材料或零件的硬度确定的，选择截样方法时要考虑两个原则：(1)尽量设法避免截割加工不当而引起的金相组织变化；(2)所采用的方法力求筒单。
2.金相试样的镶嵌镶嵌这一工序并非是制备所有金相试样都必须进行的，具有前述形状及大小的试样，可直接进行磨光，但对于线材、细小的管材薄板以及形状不规则的小试样，磨光操作时极为不方便，这就需要用镶嵌的方法把它们镶嵌成便于操作的较大的试样，常用的镶嵌法有下列几种：(1)低熔点合金镶嵌法将欲镶嵌的细小试样放置在一块平整的铁块上，选择最大的面为底面，与铁板接触，用合适尺寸的铜圈在试管外面，将低熔点合金（熔点大都低于100。
C）溶液注入铜圈内，待冷却后即成便于磨光操作的组合试样。
(2)塑料镶嵌法利用热塑性或热凝性塑料，如胶木粉、醋酸纤维、聚氯乙烯等来镶嵌细小的金相试样，在现代是一种较完善的方法，可以将任何形状的试样镶嵌成一定尺寸的组合试样，这种方法，操作极为简单．一般完成一个金相镶嵌组合件约需8～15分钟，但是热塑性或热凝性塑料必须加热加压才能成型，所以需要特殊的设备，即金相试样塑料镶机法，主要包括加压设备，加热设备及压模三个部分（3）机械镶嵌法些外形比较规则的细小试样（如圆柱体、薄板等）。
材料现代分析与测试 第七章 扫描探针显微分析
第七章扫描探针显微分析第一节概述电子探针显微分析（Electrom Probe Microanalysis——EPMA）也称为电子探针X射线显微分析，是利用电子光学和X射线光谱学的基本原理将显微分析和成分分析相结合的一种微区分析方法。
该分析方法特别适用于分析试样中微小区域的化学成分分析，是研究材料组织结构和元素分布状态的极为有用的分析方法。
扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscopes 简称SPM)包括扫描显微镜(STM)、原子力显微镜（AFM）、激光力显微镜（LFM）、磁力显微镜（MFM）、静电力显微镜以及扫描热显微镜等，是一类完全新型的显微镜。
它们通过其端粗细只有一个原子大小的探针在非常近的距离上探索物体表面的情况，便可以分辨出其它显微镜所无法分辨的极小尺度上的表面特征。
一、SPM的基本原理控制探针在被检测样品的表面进行扫描，同时记录下扫描过程中探针尖端和样品表面的相互作用，就能得到样品表面的相关信息。
因此，利用这种方法得到被测样品表面信息的分辨率取决于控制扫描的定位精度和探针作用尖端的大小（即探针的尖锐度）。
二、SPM的特点1. 原子级高分辨率。
STM在平行和垂直于样品表面方向的分辨率分别可达0.1nm 和0.01nm，即可以分辨出单个原子，具有原子级的分辨率。
2. 可实时地得到实空间中表面的三维图像，可用于具有周期性或不具备周期性的表面结构研究及表面扩散等动态过程的研究。
3. 可以观察单个原子层的局部表面结构，因而可直接观察表面缺陷、表面重构、表面吸附体的形态和位置，以及由吸附体引起的表面重构等。
4. 可在真空、大气、常温，以及水和其它溶液等不同环境下工作，不需要特别的制样技术，并且探测过程对样品无损伤。
这些特点适用于研究生物样品和在不同试验条件下对样品表面的评价。
5. 配合扫描隧道谱STS(Scanning Tunneling Spectroscopy)可以得到有关表面结构的信息，例如表面不同层次的态密度、表面电子阱、电荷密度波、表面势垒的变化和能隙结构等。
第七章显微分析法 ppt课件
➢按光源分 ✓普通白光显微镜：自然光、可见光 ✓红外光显微镜：与红外光谱联用作微区定性定量分析 ✓紫外光显微镜：以紫外线或近紫外为光源 ✓X射线显微镜：以X射线为光源，分辨率极高
For Polymer： 偏光显微镜、干涉显微镜、相差显微镜、金相显微镜
偏光显微镜的结构及原理
➢黑十字消光原理
相差显微镜
a
b
c
d
e
f
SEM images of poly(NB-co-NB-COOCH3) electrospun fibers with 7.9% NB-COOCH3 molar ratio at different magnification.
a
b
c
d
Structures of surface layer (a, b) and cross section (c, d) for poly(NB-
Ernst Ruska(1986 Nobel Prize)
透射电镜的结构
透射电镜的明、暗场及衍射模式
透射电镜的功能及发展
从1934年第一台透射电子显微镜诞生以来，75 年的时间里它得到了长足的发展。这些发展主 要集中在三个方面。 •透射电子显微镜的功能的扩展； •分辨率的不断提高（ HREM ）； •将计算机和微电子技术应用于控制系统、观察 与记录系统等。
➢按光源照射方式分
✓透射光显微镜：入射光透过样品进入物镜与目镜， 主要用于透明样品的观察
✓反射光显微镜：主要用于不透明物体的观察，光线 从侧面或垂直方向照射到样品表面，由反射光分析样 品的形态
✓暗场显微镜：对于超微粒子（尺寸小于0.1μm）， 小于显微镜的分辨率极限，亮场不能发现，在暗的背 景下，用斜照法阻挡透过表体细节的直射光，利用粒 子的散射光能观察到亮的微粒子像
材料分析方法 第七章 透射电子显微图像
样。
一、薄膜样品的制备
• 薄膜样品的制备：把块状材料制备成直径小于等 于3mm的对电子束透明的薄片。
• 薄膜样品可用作静态观察，如金相组织、析出相 形态、分布、结构及与基体取向关系、位错类型、 分布、密度等。也可作动态原位观察。
• 薄膜样品必须满足以下要求：
• ①.薄膜样品的组织结构和化学成分不发生变化， 必须和大块材料相同，能够代表和保持大块材料 的固有性质；
• ②.薄膜样品厚度必须足够薄、用于观察的薄区面 积要足够大。
• ③.薄膜样品应有一定强度和刚度。
• 薄膜样品的制备主要包括三个过程： • 第一步：切薄片； • 第二步：预减薄； • 第三步：终减薄。
• 适用于金相组织、断口形貌、形变条纹、磨损表 面、第二相形态及分布、萃取和结构分析等。
• 常用复型材料：碳或塑料（均为非晶材料）
• 限制复型分辨率的主要因素：复型材料的粒子尺 寸。
1、一级复型
• 分为塑料一级复型和碳一级复型。
• 塑料一级复型 • 制备步骤（如图）： • ①制备好金相样品或断口样品； • ②在样品上滴上几滴体积浓度为1%的火
第七章 透射电子显微图像
• 内容提要： • 第一节 透射电镜样品制备 • 第二节 质厚衬度原理 • 第三节 衍射衬度原理 • 第四节 相位衬度
第一节 透射电镜样品制备
• 透射电镜成像时，电子束是透过样品成像。 • 根据样品的原子序数大小不同，膜厚一般在50～
200nm之间。
• 透射电镜样品按材料的形状通常可分为三类： • 薄膜样品：把块状材料加工成对电子束透明的薄膜状
• 设样品的一个部分的电子束强度为I1，另一个部分为I2， 若以I2为背景，则电子像的衬度C可表示为：
材料微观结构第七章材料中的第二相及其电子显微分析方法1
其次
第二相析出在基体中引起的应变状态，这是一个 和两相界面结合方式有关的问题。共格或部分共 格在基体中引起的应变场的性质和大小，以及它 们在电镜观察中表现的衬度效应和特征等，这些 都为电镜工作者所关注，并为此建立了定量和半 定量的分析方法。
还有
电镜下观察到的来自于第二相本身位向的取向 衬度以及来源于组成第二相物质原子性质的结 构因子衬度，也是电镜工作者所关心的。
7.3.1基体应变衬度
这种衬度来源于第二相和基 体的界面点阵共格，但匹配 界面的点阵常数略有差别， 存在一定错配度，如图7－ 1(b)。这就势必在界面附近 的基体中造成应变场，即点 阵畸变。电子束经过此狭窄 畸变区时，波的相位发生改 变，从而显示出不同于远离 界面处的基体衬度，这就是 应变衬度。
7.3由第二相引起的衬度类型
合金中第二相的衬度由下述因素所决定： ❖ 它和母相基体的晶格匹配情况是共格、部分共
格或是完全不共格； ❖ 第二相的组成元素以及第二相的几何形状：圆
盘状、片状、球形还是针状。 这些不同情况在电子衍射谱和图像衬度上都会
反映出来。
第二相和基体界面匹配情况概括起来有共格、部分 共格和不共格三类。共格又分为共格无错配，如图(a)； 共格但在某一界面上有错配，如图(b)。部分共格，如图 (c)，上下界面是共格的，左右界面则不共格。完全不共 格，如图(d)。
界面由于相对于晶内是高能和比较不稳定 的状态，它是相变时析出第二相的最优先地点。 第二相在界面的形核率随界面自由能的升高而 增加。
例子
18－8型不锈钢中的M23C6碳化物，优先在α－铁素体/ 奥氏体界面析出，其次才是奥氏体晶界、非共格孪晶 界和共格孪晶界。
界面的晶体学取向对第二相的惯习取向有直接关系。 如果晶界平面正好或接近于析出相所要求的取向时， 第二相析出的几率将大为提高，而且将维持稳定的取 向关系。如果晶界一侧晶粒满足上述条件，而另一侧 不满足这种条件，则第二相往往形核于满足条件的一 侧，且保持共格或部分共格关系，并向不满足条件另 一侧不共格地长大。
显微分析法
作者： 苇
出版物刊名： 杭州师范大学学报：社会科学版
页码： 37-37页
主题词： 微分析;显微傅里叶变换红外光谱;侦破工作;分析鉴定;些微;从犯;样品量;检测
限;LAMMA;激光微探针质谱
摘要： <正> 从犯罪现场发现的一些微粒、附着物和残留物的分析鉴定,对侦破工作有重要意义。
用一般方法分析会遇到基体复杂、样品量少、成分多、杂质干扰等问题,采用显微分析往往可得良好效果。
显微傅里叶变换红外光谱分析新技术灵敏度很高(检测限可达1ng,有时达到pg级),鉴定。
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针尖始终向样品接触并简单地在表面上移动，针 尖—样品间的相互作用力是互相接触原于的电子间 存在的库仑排斥力，其大小通常为10－8 —10－11N。
工作模式-接触模式
优点：可产生稳定、高分辨图像。 缺点：
可能使样品产生相当大的变形，对柔 软的样品造成破坏，以及破坏探针，严 重影响AFM成像质量。
工作模式-非接触模式
d: 5~20nm 振幅：2nm～5nm
van der Waals force curve
范德华吸引力
相互作用力是范德华吸引力，远小于排斥力.
微悬臂以共振频率振荡，通过控制微悬臂振幅恒定 来获得样品表面信息的。
工作模式-非接触模式
优点：对样品无损伤
缺点： 1）分辨率要比接触式的低。 2）气体的表面压吸附到样品表面，造成图像
➢按光源照射方式分
✓透射光显微镜：入射光透过样品进入物镜与目镜， 主要用于透明样品的观察
✓反射光显微镜：主要用于不透明物体的观察，光线 从侧面或垂直方向照射到样品表面，由反射光分析样 品的形态
✓暗场显微镜：对于超微粒子（尺寸小于0.1μm）， 小于显微镜的分辨率极限，亮场不能发现，在暗的背 景下，用斜照法阻挡透过表体细节的直射光，利用粒 子的散射光能观察到亮的微粒子像
电镜在聚合物结晶模型确定中的一个重要贡献
➢ 球晶
全同聚苯乙烯球晶的电子显微镜照片
二、观察非晶聚合物的形态
三、多相高分子体系的研究
➢聚合物共混 ➢嵌段共聚物 ➢复合材料
四、粘合剂 五、动态及其他特殊实验
原子力显微镜 Atomic Force Microscopy
扫描探针显微镜SPM
在普通光学显微镜基础上加两个部件：光 源与聚光镜之间环状光栏，在玻璃片上喷 涂金属漆借以挡光，只留下环形透光窄缝， 物镜的后焦面处插入位相板，产生相位差。
金相显微镜（反射光显微镜） 专门研究不透明物体
干涉显微镜 显微镜与干涉仪组合而成
仪器的维护
光学仪器防潮、防尘
第二节 样品的制备
➢热压制膜 ➢溶液浇铸制膜(solution –casting) ➢切片 ➢打磨
•样品越厚，图像越暗 •原子序数越大，图像越暗 •密度越大，图像越暗
二、扫描电镜的基本原理
➢电镜三要素及焦深
✓分辨率：决定于电子束直径 ✓放大倍数：屏幕的分辨率/电子束直径 ✓衬度： 表面形貌衬度：由样品表面的凸凹决定 原子序数衬度：扫描电子束入射样品时产生的背景 电子、吸收电子、X射线。
✓焦深
发展历史 工作原理
应
用
基本原理 仪器构成 工作模式
基本原理
在S T M基础上发展而来 ——S T M原理
宾尼
罗雷尔
1982年，Gerd Binnig和Heinrich
RohrБайду номын сангаасr发明扫描隧道显微镜（STM )，
获得1986年的诺贝尔物理学奖 。
基本原理
在S T M基础上发展而来 ——S T M原理 • 电子隧道效应
如果聚合物组分对紫外光有较强的吸收或 有荧光发射，可以用紫外光照射样品，用 显微分光光度计来进行分析
电子显微镜
Electron Microscope
➢前言
光学显微镜的发明为人类认识微观世界提供了重 要的工具。随着科学技术的发展，光学显微镜因 其有限的分辨本领而难以满足许多微观分析的需 求。上世纪30年代后，电子显微镜的发明将分辨 本领提高到纳米量级，同时也将显微镜的功能由 单一的形貌观察扩展到集形貌观察、晶体结构、 成分分析等于一体。人类认识微观世界的能力从 此有了长足的发展。
• Magnetic Force Microscopy (MFM)
• Electrostatic Force Microscopy (EFM)
• Chemical Force Microscopy (CFM)
• Near Field Scanning Optical Microscopy (NSOM)
隧道电流随探针 样品间距离减小而呈 指数增加．
样品导电性要好
d<1nm
基本原理
1986，IBM，葛·宾尼（G. Binnig）发明了原子 力显微镜(Atomic Force Microscope ,AFM)——新 一代表面观测仪器．
原理：利用原子之间的范德华力（Van Der Waals Force）作用来呈现样品的表面特性
数据不稳定和对样品的破坏。
工作模式-轻敲模式
振幅：5nm ～100nm
van der Waals force curve
介于接触模式和非接触模式之间: 其特点是扫描过程中微悬臂也是振荡的并具有比非 接触模式更大的振幅(5~100nm)，针尖在振荡时间断地 与样品接触。
第二节 样品制备技术
➢ 电镜样品的的基本要求
✓高真空下测试，固体，除去水分及易挥发物质 ✓样品必须清洁 ✓样品要有好的抗电子束强度，高分子材料不耐 电子损伤，避免长时间观察某一区域
➢SEM的制样方法
✓扫描电镜样品的制备简单，对于导电材料，用 导电胶将其粘贴在铝制样品座上，即可放到扫描 电镜中观察
电镜的三要素
➢分辨率
0.61 n sin
➢放大倍数：肉眼分辨率（0.2 mm）与电镜分 辨率（0.2nm) 的比值，106以上
➢衬度：分析TEM图像时亮和暗的差别，又称反 差。与样品的特性有关。
高分子电镜图像的衬度主要是吸收衬度，取决于样 品各处参与成像的电子数目的差别。电子数目越多， 散射越强，透射电子愈少，图像就越暗。
工作模式
• 接触模式 (contact mode) • 非接触模式 (non-contact mode) • 轻敲模式 (tapping / intermittent contact mode)
van der Waals force curve
工作模式-接触模式
d ＜０.０３nm
van der Waals force curve
第一节 光学显微镜的结构原理与分类
光学显微镜的发展史
➢《墨经》最早记录了缩小与放大像的现象 ➢1610 年，伽利略首创两级放大显微镜 ➢1650年，惠更斯发明目镜 ➢1807年，代耳最早研制出消色差显微镜 ➢1828年，尼柯尔发明了偏光棱镜，次年，组装偏光显微镜 ➢1893年出现了干涉显微术 ➢1935年荷兰的泽尔尼克创造了相衬显微术（Nobel,1953） ➢20世纪中叶，荧光显微镜、紫外显微镜
➢一般球晶的结构特点
3、研究聚合物球晶生长过程与球晶转化 ➢球晶生长动力学
球晶生长速率的测定
➢球晶间的转化
➢聚合物结晶过程（球晶）与熔融过程的观察
•结晶过程的观察和结晶温度的测定
•熔融过程的观察与熔点的测定
•平衡熔点
T0 m
的测定
4、高分子液晶的相变与织构的研究
5、高分子多相体系的研究
SPM是指在STM基础上发展起来的一大类显微 镜，通过探测极小探针与表面之间的物理作用量如 光、电、磁、力等的大小而获得表面信息。
• scanning tunneling Microscopy (STM， 1982)
• Atomic force microscopy (AFM)
• Lateral Force Microscopy (LFM)
co-NB-COOCH3) membranes with 7.9% NB-COOCH3 molar ratio at different magnification.
➢晶体取向
➢晶体类型
聚合物的多层次结构
光学显微镜法
Optical Microscopy
前言
光学显微镜可用于研究透明与不透明材材料的形 态结构，虽然近代测试技术，特别是电子显微镜 的问世，提供了强有力的形态观测手段，但作为 直观、简单方便、价格相对低廉的实验室仪器， 其有着其它仪器不可替代的优势，在高分子材料 科学的研究中应用十分广泛。
第七章 显微技术分析
借助显微镜对聚合物结构与性能的关系 进行研究。
光学显微镜：微米级 电子显微镜：纳米级
介观 微观
扫描探针显微镜：纳米级
微观
POM
SPM
TEM
SEM
聚合物的性能结构依赖性
➢晶体尺寸
A
B
C
D
POM pictures of micro fiber with magnification factor of （a）400；（b）1000， （c）1400 and （d）2000.
第一节 基本原理
➢透射电子：用于透射 电镜的成像和衍射
➢背景散射电子：其强 度的大小取决于原子序 数和样品表面形态
➢二次电子：其强度与 样品表面形貌有关。与 背景散射电子用于扫描 电镜的成像
➢特征X射线：用于元素 分析
➢俄歇电子：用于轻元素 与超轻元素（除H、He） 的分析，即俄歇电子能谱
➢阴极荧光：用作光谱分 析
➢按光源分 ✓普通白光显微镜：自然光、可见光 ✓红外光显微镜：与红外光谱联用作微区定性定量分析 ✓紫外光显微镜：以紫外线或近紫外为光源 ✓X射线显微镜：以X射线为光源，分辨率极高
For Polymer： 偏光显微镜、干涉显微镜、相差显微镜、金相显微镜
偏光显微镜的结构及原理
➢黑十字消光原理
相差显微镜
光学显微镜的分类
➢按成像原理分
✓几何光学显微镜：生物显微镜、倒置显微镜、反 射光显微镜、金相显微镜、暗视野显微镜
✓物理光学显微镜：相差显微镜、偏振光显微镜、 干涉显微镜、相差偏振显微镜、相差干涉显微镜、 相差荧光显微镜
✓信息转换显微镜：荧光显微镜、显微镜分光光度 计、图像分析显微镜、声学显微镜、照相显微镜、 电视显微镜
➢高分子共混体系 ➢共聚物 ➢聚合物复合材料
光学显微镜联用技术在高分子研究中的应用