材料方法第2章 光学显微镜分析
材料方法光学显微镜分析
材料方法光学显微镜分析光学显微镜是一种非常常见和常用的分析仪器，用于观察和分析样品的微观结构和组成成分。
它利用光学原理，通过一个透明的样品来放大并展示可见光下的图像。
在本文中，我们将介绍使用光学显微镜进行材料分析的常见步骤和方法。
1.样品准备：在使用光学显微镜进行分析之前，首先需要准备样品。
样品可以是固体，液体或气体。
对于固体样品，通常需要将其切割成适当大小的薄片，并将其涂上导电涂层以增强对光的反射。
对于液体样品，可以将之放置在玻璃片上或使用载玻片固定样品。
对于气体样品，可以直接放入显微镜中的载物架上。
2.调整光学显微镜：接下来，需要将显微镜的光路调整为适当的条件。
这包括调整光源的亮度，对焦和设置正确的放大倍数。
调整亮度可以通过调节光源的强度或使用滤镜来实现。
对焦可以通过移动样品台或镜头来实现，以获得清晰的图像。
对于不同的放大倍数，可以更换适当的物镜和目镜来实现。
3.观察和记录样品：当光学显微镜准备好之后，可以开始观察和记录样品了。
将样品放在显微镜的样品台上，并通过调节镜头和样品台来获得清晰的图像。
可以使用增强对比度的方法，例如使用偏光器或调整照明角度，以更好地显示样品的细节。
在观察过程中，可以使用目镜上的刻度尺或显微镜的测量功能来测量样品的尺寸或距离，并记录这些信息以进行后续分析。
4.影像分析：通过光学显微镜观察样品后，可以进行一些影像分析来进一步了解样品的结构和组成。
这些分析方法可以包括测量样品的颗粒大小和分布，计算样品的粒度，观察材料的相变现象等等。
可以使用软件工具来辅助进行这些分析，并绘制图表和图像以展示结果。
5.结果和讨论：在完成影像分析后，可以对结果进行讨论和解释。
可以与之前的研究结果进行比较，并讨论发现的结构或组成差异。
还可以对样品进行进一步的实验或分析，以验证或进一步解释观察到的结果。
最后，可以撰写实验报告或文章，以总结研究成果和得出结论。
总结：光学显微镜是一种非常常用的分析工具，可以用于观察和分析材料的微观结构和组成。
第二章光学仪器及其成像的基本原理
(3)、拍摄距离：距离越远，景深越大；距离越近， 景深越小。
景深的控制：
获取大景深的方法 A换用焦距更短的镜头，使用广角端拍摄。由于一般消费级
数码相机广角端焦距很小，在使用广角端时很容易获得大景 深的效果； B缩小光圈，尽可能使用相机上的最小光圈，额外说一句， 光圈的数值愈大，光圈愈小，如8.0的光圈小于3.5的光圈； C增大摄距，远离拍摄主体。
除了有时候利用平面镜对光线的直线传播 外（如照相机镜头的保护镜片、载物玻 片），透镜一般都是利用光的折射，所以 又称折射镜，其折射面是两个球面，或一 个球面一个平面、或两个平面。
凸透镜和凹透镜
单个具有球面的透镜一般可以分为两大类：凸透 镜和凹透镜。
凸透镜具有会聚光线的作用，所以也叫会聚透镜。 凹透镜具有发散光线的作用，所以也叫发散透镜。
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F′
物 方 像 方
凸透镜的焦点是汇集光学聚集的实焦点，而通过
凹透镜的光线是发散的，由发散光线的反向延长 线汇集到一点为凹透镜的虚焦点。
通过焦点并垂直于光轴的平面为焦平面。
平行于光轴的光线汇集于焦点，其他平行光束汇 集于焦平面上。
焦点的简单测量方法：
3、弥散圆
在焦点前后，光线开始聚集和扩散，如果在这些 地方放上光屏，得到点的影象变成模糊的，形成 一个扩大的圆，这个圆就叫做弥散圆。
各种凸透镜和凹透镜
中央部分比边缘部分 厚的叫凸透镜，
有双凸、平凸、凹 凸三种；
中央部分比边缘部分 薄的叫凹透镜，
有双凹、平凹、凸 凹三种。
透镜组合
放大镜是最简 单的视野放大 设备，只由一 个凸透镜组成。
材料现代研究方法 第二章 组织形貌分析概论
第 1 :1首
四、扫描隧道显微镜
• 19 8 1 年 ， IBM 公司的 Gerd Binnig 和 Heinrich
Rohrer发明了扫描隧道显微镜 CSTM)
检视'1)针尖垂豆位置 的方法
控制 针尖位 置 的反馈系统
驱动 样品 (或针尖 )
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第 1 章组织形貌芳析概论
第 1 :1首
Gerd Binnig Heinrich Rohrer
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三、扫描电子显微镜
1952年 ， 英国奥特利发明扫描电 子显 微镜
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· 最高分辨率为 0.2μm ， 比人眼的分辨率 C O.lmm ) 提 高 了 500倍。
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第二章 光学金相显微试样的制备
光学金相显微试样的制备2.1原理显微分析是研究金属内部组织的最重要的方法。
在金相学一百多年的发展历史中，绝大部分研究工作是借助于光学显微镜完成的。
近年来，电子显微镜的重要性日益增加，但是光学显微金相技术在教学、科学和生产中仍将占据一定的位置。
试样制备工作包括许多技巧，需要有长期的实践经验才能较好地掌握；同时它也比较费时和单调，往往使人感到厌烦。
金相显微镜的使用之所以比生物显微镜晚二百年，其原因就是由于长期没有解决好试样制备问题。
由于研究材料各异，金相显微制样的方法是多种多样，其程序通常可分为取样、镶样、磨光、机械抛光(或电解概抛光、化学抛光)、腐蚀等几个主要工序，无论哪一个工序操作不当，都会影响最终效果。
因此，不应忽视任何一个环节。
不适当的操作可能形成“伪组织”导致错误的分析。
为能清楚的显示出组织细节，在制样过程中不使试样表层发生任何组织变化，曳尾、划痕、麻点等，有时尚需保护好试样的边缘。
2.2 取样选择合适的、有代表性的试样是进行金相显微分析的极其重要的一步，包括选择取样部位、检验面及确定截取方法、试样尺寸等。
一、取样部位及检验面的选择取样部位及检验面的选择取决于被分析材料或零件的特点、加工工艺过程及热处理过程，应选择有代表性的部位。
生产中常规检验所用试样的取样部位、形状、尺寸都有明确的规定(详见有关行业和国家颁布标准)。
零件失效分析的试样，应该根据失效的原因，分别在材料失效部位和完好部位取样，以便于对比分析。
对铸件，必须从表面到心部，从上部到下部观察其组织差异，以了解偏析情况，以及缩孔疏松及冷却速度对组织的影响。
因此，取样时要兼顾考虑，对锻轧及冷变形加工的工件，应采用纵向检查面，以观察组织和夹杂物的变形情况，而热处理后的显微组织则应采用横向截面。
二、试样的截取取样时，应保证被观察的截面由于截取而产生组织变化，因此对不同的材料要采用不同的截取方法：对于软材料，可以用锯、车、刨等加工方法；对于硬材料，可以用砂轮切片机切割或电火花切割等方法。
第二章--晶向检测(之一)课件
本章内容
一、晶向检测 二、晶体缺陷检测 三、光学显微镜技术 四、电子显微镜技术
一、 晶向检测
1、硅单晶的特点
硅单晶晶体结构：两套简单面心立方格子套构形成 的金刚石结构。
硅单晶晶体结构 a= 5.43Å
2、晶向
• 是垂直于晶面的矢量。通常用密勒指数(h,k,l)表示。 • [hkl]晶向和<hkl>晶面垂直
(a)[100]
(b) [110]
(c) [111]
二、晶向检测的常用方法
外貌观察法 光点定向法 （工业生产中常用方法） X射线衍射法 （工业生产中常用方法）
（一）光点定向测试
1、光点定向测试仪原理结构图
2、样品处理——腐蚀坑的显示
<100>
<110>
<111>
硅单晶的光学定向图形
3、晶向偏离度的测试
1913年英国物理学家布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在劳厄发现 的基础上,不仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构,并提出了作为晶 体衍射基础的著名公式——布拉格定律：
X射线入射 掠射角
X射线被晶格原子散射后出射
上原子层
下原子层
布拉格定律衍射
当相邻原子面散射后的光程差(2dsinθ)等于入射光波长的 整数倍时，即
20o
Bragg’s Law:
2
40odhkl
=2dhklsinhkl
60o
(Cu K)=1.5418Å
通过 X射线衍射仪测试得到衍射角θ，根据布拉格公式求得
晶体的原子面间距d；根据晶面与面间距的关系示，确定晶
体晶向.
（2）晶向偏离度的测量
光学显微镜实验报告
光学显微镜实验报告前言光学显微镜是一种常见的组织学和细胞学研究利器。
在现代医学科研和教育中广泛应用，但其基本原理和技术特点还有待深入研究。
本篇文章将通过对光学显微镜实验的介绍和论述，为读者展示光学显微镜在医学研究中的应用，为科研工作者提供帮助和启示。
实验设计实验内容：使用光学显微镜对天竺鼠巨细胞进行观察和记录。
材料和工具：光学显微镜、盐水、过滤纸、载玻片、盖玻片、巨细胞悬液、移液管、显微镜处理液（液体较为粘稠），笔记本电脑。
实验步骤：1. 取适量巨细胞悬液于离心管中，离心后将上清液吸去，加入适量盐水，搅拌均匀，倒入载玻片中。
2. 将载玻片放置在盖玻片上，使用力量适中的压痕笔压平，然后用过滤纸轻轻吸取片上的液体。
3. 在加入显微镜处理液前，洗手并轻轻拭去各部位手间的异物。
使用移液管，在载玻片上滴1~2滴显微镜处理液，并静置2~3分钟。
4. 接通显微镜，将载片调节至物镜下方，并适当调节放大倍率和焦距，待细胞出现清晰的图像后，使用合适的光圈和对比度设置清晰图像。
5. 用电脑拍照或手动计时记录巨细胞的形态、结构和运动等观察结果。
实验结果在实验中，我们观察到了巨细胞的形态和运动状况，结果如下:1. 巨细胞呈现不规则多边形，直径约60-100μm，周围有几个长瘤状突起。
2. 细胞质内的细胞器、胞质、细胞核和其他细胞结构较为清晰，可以观察到不同的染色质区域和核仁。
3. 在显微镜处理液的作用下，细胞质内的一些物质开始运动，可观察到小颗粒沿各自的轨迹移动、变形和聚集部分现象。
4. 根据记录的拍照和观测结果，可以进一步分析巨细胞的其它生理学特点，包括细胞的TPS，细胞膜性质等等。
实验讨论光学显微镜是一种常用的仪器，对于组织学和细胞学研究具有不可替代的作用。
在实验中，我们通过对巨细胞的观察，初步了解到细胞的形态、结构和运动，了解了显微镜的工作原理和技术要点，对于今后的组织学和细胞学研究有一定的参考价值。
在实验过程中，我们也可以从以下几方面修正和改进实验：1. 由于靶细胞的数量和分布往往是发生随机性的，需要加强实验操作的规范和统一性，减少因细胞培养中人为因素导致的影响和干扰。
现代材料分析技术期末总结
现代材料分析技术期末总结一、引言现代材料分析技术是指应用各种先进的科学和技术手段来对材料进行分析和研究的过程。
随着科学技术的不断发展，材料分析技术也取得了巨大的进展，涵盖了物理、化学、生物等多个领域。
本文将对现代材料分析技术进行总结，从光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、质谱仪、红外光谱仪、核磁共振仪和热分析等技术进行详细介绍。
二、光学显微镜光学显微镜是一种常用的材料分析技术，通过可见光对材料进行观察和测量。
使用透射光和反射光来照射样品，通过目镜和物镜将图像放大到人眼可以识别的范围。
该技术可以观察材料的形貌、颗粒分布和晶粒结构等。
光学显微镜广泛应用于金属材料、生物材料和无机材料等研究领域。
三、扫描电子显微镜扫描电子显微镜是一种可以高分辨率地观察样品表面形貌和组织结构的技术。
通过束缚电子的扫描和检测，得到样品的二维和三维图像。
扫描电子显微镜可以观察到样品微观结构的细节，如晶体缺陷、晶界和纳米颗粒等。
该技术对金属材料、半导体材料和生物材料等的分析具有重要意义。
四、透射电子显微镜透射电子显微镜是一种可以观察材料内部的高分辨率分析技术。
通过将电子束通过样品，利用电子的衍射和透射来观察材料的晶体结构和原子成分。
透射电子显微镜可以观察到样品的晶体结构、晶界和位错等，可以分析材料的化学成分和晶态状态。
透射电子显微镜在材料科学、纳米材料和生物材料等研究领域具有重要的应用价值。
五、X射线衍射X射线衍射是一种分析材料晶体结构的技术。
通过用X射线照射样品，利用X射线与样品的晶胞相互作用来得到样品的衍射图像。
可以通过衍射图像来确定材料的晶胞参数、晶体结构和晶面取向等。
X射线衍射技术广泛应用于材料科学、金属材料和矿物材料等领域。
六、质谱仪质谱仪是一种通过分析样品中的离子和分子来测定其化学成分和结构的技术。
通过将样品中的分子或原子离子化并加速到一个高速运动状态，利用它们在磁场和电场中的行为，来分析它们的质量和相对丰度。
材料分析方法总结
材料分析方法总结材料分析是一门重要的科学技术，它在工程、材料科学、地质学、化学等领域都有着广泛的应用。
在材料分析中，我们需要运用各种方法来对材料的成分、结构、性能进行分析，以便更好地理解和利用材料。
本文将对常见的材料分析方法进行总结，希望能够对相关领域的研究者和工程师有所帮助。
首先，光学显微镜是材料分析中常用的方法之一。
通过光学显微镜，我们可以观察材料的形貌、颗粒大小、晶粒结构等信息。
这对于金属、陶瓷、塑料等材料的分析都非常有帮助。
同时，透射电子显微镜和扫描电子显微镜也是常用的分析工具，它们可以提供更高分辨率的图像，帮助我们观察材料的微观结构。
除了显微镜，X射线衍射也是一种常用的材料分析方法。
通过X射线衍射，我们可以确定材料的晶体结构和晶格参数，从而了解材料的晶体学性质。
X射线衍射在材料科学、地质学和化学领域都有着广泛的应用，是一种非常有效的分析手段。
此外，光谱分析也是材料分析中常用的方法之一。
光谱分析包括紫外可见吸收光谱、红外光谱、拉曼光谱等，它们可以用于分析材料的组成、结构和性能。
光谱分析在材料科学、化学和生物学领域都有着重要的应用，是一种非常有力的分析工具。
在材料分析中，热分析也是一种常用的方法。
热分析包括热重分析、差热分析、热膨胀分析等，它们可以用于研究材料的热稳定性、热分解过程、相变行为等。
热分析在材料科学、化学工程和材料加工领域都有着广泛的应用，是一种非常重要的分析手段。
最后，表面分析也是材料分析中不可或缺的方法。
表面分析包括扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱等，它们可以用于研究材料的表面形貌、化学成分和电子结构。
表面分析在材料科学、电子工程和纳米技术领域都有着重要的应用，是一种非常有效的分析手段。
综上所述，材料分析是一门重要的科学技术，它涉及到多个领域的知识和技术。
在材料分析中，我们可以运用光学显微镜、X射线衍射、光谱分析、热分析和表面分析等方法来对材料进行分析，从而更好地理解和利用材料。
2024年秋新人教版七年级生物学上册第二章课本重要概念梳理修改版
2024年秋季新人教版初中七年级生物学上册第一章课本重要概念梳理第一单元生物和细胞第二章认识细胞第一节学习使用显微镜英国科学家胡克通过自制显微镜观察软木切片，将看到的中空“小室”陈伟细胞。
实验室中常见的显微镜有单目显微镜和双目显微镜，都已可见光为光源，属于光学显微镜。
观察微小物体，需要借助显微镜。
一.显微镜的结构○1镜座○2镜柱 :○3镜臂○4载物台○5通光孔○6压片夹○7遮光器：光强用小光圈,光弱用大光圈○8反光镜：光强用平面镜，光弱用凹面镜。
○9镜筒：连接目镜和转换器○10物镜(高倍镜比较长) 目镜：(低倍镜比较长)，可以放大物象○11粗准焦螺旋：转动时镜筒升降的幅度大(顺时针转动，镜筒下降)注意：1、从目镜内看到的物像是倒像(上下左右颠倒)。
注意玻片的移动方向和视野中物像的移动方向相反。
2、观察的标本应薄而透明，光线能透过，因此必须加工制成玻片标本。
3、原则：镜筒先升后降(眼看物镜)再升,准焦螺旋先粗后细,物镜\目镜先低倍后高倍4、显微镜的放大倍数＝物镜倍数×目镜倍数二.显微镜的功能三升：左眼看目镜，转动粗准焦螺旋使镜筒缓慢上升，直到看清物像。
四调：调节细准焦螺旋，使物像更加清晰。
注意：如果需要用更高倍数的物镜观察，应将要观察的部位移至视野中央，再转动转换器转换物镜，用细准焦螺旋调焦后观察（转换物镜后，切忌用粗准焦螺旋调焦）。
如果需要，可以调节视野亮度。
（4）收镜①观察完毕，先提升镜筒，取下玻片标本。
②用纱布将显微镜外表擦拭干净，用擦镜纸将目镜和物镜的镜头擦拭干净。
③转动转换器，使两个物镜偏向两旁，将镜筒缓慢降至最低。
④将显微镜放回原处。
2.双目显微镜的操作提示（1）取镜和安放（2）调光一开：打开显微镜电源开关，确认载物台已经降到最低处、低倍物镜对准通光孔。
二调：调节两个目镜间距离以适应瞳距，用光源调节旋钮调节视野亮度。
（3）调焦观察一放：把要观察的玻片标本放在载物台上，用压片夹固定，通过调整移动手轮来移动玻片，将玻片移至通光孔中心。
第二章显微分析技术(扫描电镜)
透射电镜（内部Leabharlann 构）。返回目录2-1 扫描电子显微镜
2.1.2 基本定义 ( Basic definition )
利用二次电子、反射电子等信息，对材料的表面形貌及 结构状况进行观察的电子显微镜，称为扫描电镜。
（Scanning electron microscopy, S E M）
2-1 扫描电子显微镜
（1）电子光学系统 电子枪、聚焦磁透镜、扫描系统等
（2）检测系统
栅网
光导管
视频放大
聚焦环
光电倍增管
二次电子流量最小为10-12 A左右，信号很弱。
2-1 扫描电子显微镜
（3）真空系统
避免镜筒内运动电子与气体分子碰撞。 避免电子枪高压放电。 试样在高真空环境下可以避免污染。 真空度要求：1.33(10-2-10-3)Pa。
《材料分析测试技术》多媒体课程
第二章 显微分析技术
浙江工业大学 化学工程与材料学院
2-1 扫描电子显微镜
恐龙蛋壳 (扫描电镜)
碳纳米管 (扫描电镜)
钢杂质 (扫描电镜)
非典病毒 (透射电镜) 前进
2-1 扫描电子显微镜
2.1.1 电镜分类与特点（category and characteristics )
小结 动态模拟 磁透镜 返回目录
2-1 扫描电子显微镜
2.1.3 扫描电子束 (Scanning electron beam)
电子源 栅极 阳极
磁透镜1
磁透镜2
试样
小结 动态模拟 磁透镜 返回目录
2-1 扫描电子显微镜
磁透镜结构示意图 the sketch map of magnetic lens
(完整版)材料研究方法
材料研究方法（王培铭，许乾慰）第二章光学显微分析2什么是贝克线？此移动规律如何？有什么作用？贝克线：在轮廓附近可以看到一条比较明亮的细线，当升降镜筒时，亮线发生移动，这条较亮的细线称为贝克线。
提升镜筒，贝克线向折射率大的介质移动。
可以比较相邻两晶体折射率的相对大小3什么是晶体的糙面、突起、闪突起？决定晶体糙面和突起等级的因素是什么？在但偏光镜下观察晶体表面时，可发现某些晶体表面较为光滑，某些晶体表面显得粗糙呈麻点状，这种现象称为糙面；某些晶体显得高些某些晶体显得低平一些，这种现象称为突起；双折射率很大的晶体，在单偏光镜下，旋转物台，突起高低发生明显变化，这种现象称为闪突起因素是周围树胶折射率的不同引起的4什么叫干涉色？影响晶体干涉色的因素有那些？有七种单色光的明暗条纹相互叠加而形成的光程差相对应的特殊混合色，称为干涉色，他是有白光干涉而成。
第一是光程差第二是光片厚度第三是双折射率的大小11 如何提高光学显微镜分析的分辨能力？第一：波长更短的照明光源第二：选用折射率大的材料12 阐述光学显微分析用光片制备方法1 取样：取样应该具有代表性，不仅包括研究的对象而且包括研究的特殊条件2 镶嵌：对于一些形状特殊或尺寸细小而不宜握持的样品，需进行样品镶嵌。
3磨光：去除取样时引入的样品表层损伤，获得平整光滑的样品表面4抛光：去除细磨痕，以获得平滑无疵的镜面并去除样品表层，得以观察样品的显微组织 5浸蚀：清晰的看到样品的显微结构13分析近场光学显微分析的原理及与传统光学显微分析技术的异同原理：用纳米局域光源在纳米尺度的近场距离内照明样品，然后由光电接收器接受这些信号，再借助计算机才能把来自样品各点的局域光信号勾画出样品的图像。
异同：照明光源的尺度和照明方法：传统光学显微镜用扩展光源在远场照明样品，近场光学显微镜是用纳米局域光源在纳米尺度的近场距离内照明样品；成像方法：传统光学显微镜可以用肉眼或成像仪器直接观察或放大了的物体图像。
第二章光学分析法导论
反射：光通过具有不同折射率的两种介质的介面时会产 生反射；
干涉 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强， 某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区 域互相间隔，此现象叫干涉；
衍射 光绕过物体而弯曲地向它后面传播的现象； 偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。
光分析法在研究物质组成、结构表征、表 面分析等方面具有其他方法不可区代的地位。
波谷的数目。单位: S-1 (Hz) γ=1/T
波长λ: 相邻两极大值或极小值之间的距离。 波长的单位: cm µm nm Å λ=c / γ
波数δ:每厘米内波的数目,即单位距离中极大值的数 目。单位：cm-1 δ=1/ λ
波速v：波在一秒钟内通过的距离。 v=λ/T=λγ
2、电磁辐射的粒子性
电磁辐射是在空间高速运动的光量子（或称光子） 流。可以用光子具有的能量表征。单位为eV或J， 1eV=1.60×10-19J。 光子能量与光波频率有关，普朗克方程将电磁辐射 的波动性和微粒性联系在一起：
一、光学分析法的分类
光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类. 1、光谱法
基于物质与辐射能作用时，分子发生能级 跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或 强度进行分析的方法。
按产生光谱的基本粒子不同
原子光谱 光谱
分子光谱 （1）原子光谱
由原子外层或内层电子能级的变化产生的，表现形式 为线光谱。 原子光谱（线性光谱）：最常见的三种
； h：普朗克常数
电磁辐射具有波动性和微粒性（波粒二相性）
1、电磁辐射的波动性
电磁波是横波（找一个图建立超链接，见上课稿） 可以用波长λ、频率γ、速度v、波数δ、能量等来
表示其特性。 周期T: 相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所
材料研究方法课后习题答案
材料研究方法课后习题答案第一章绪论1. 材料时如何分类的？材料的结构层次有哪些？答：材料按化学组成和结构分：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料材料的结构层次有：微观结构、亚微观结构、显微结构、宏观结构。
2.材料研究的主要任务和对象是什么？有哪些相应的研究方法？答：任务：研究、制造和合理使用各类材料。
研究对象：材料的组成、结构和性能。
研究方法：图像分析法、非图形分析法：衍射法、成分谱分析。
成分谱分析法：光谱、色谱、热谱等；光谱包括：紫外、红外、拉曼、荧光；色谱包括：气相、液相、凝胶色谱等；热谱包括：DSC、DTA等。
3.材料研究方法是如何分类的？如何理解现代研究方法的重要性？答：按研究仪器测试的信息形式分为图像分析法和非图形分析法；按工作原理，前者为显微术，后者为衍射法和成分谱分析。
重要性：1）理论：新材料的结构鉴定分析；2）实际应用需要：配方剖析、质量控制、事故分析等。
第二章光学显微分析1.区分晶体的颜色、多色性及吸收性，为何非均质体矿物晶体具有多色性？答：颜色：晶体对白光中七色光波选择吸收的结果。
多色性：由于光波和晶体中的振动方向不同，使晶体颜色发生改变的现象。
吸收性：颜色深浅发生改变的现象称为吸收性。
光波射入非均质矿物晶体时，振动方向是不同的，折射率也是不同的，因此体现了多色性。
2.什么是贝克线？其移动规律如何？有什么作用？答：在两个折射率不同的物质接触处，可以看到比较黑暗的边缘，称为晶体的轮廓。
在轮廓附近可以看到一条比较明亮的细线，当升降镜筒时，亮线发生移动，这条较亮的细线称为贝克线。
移动规律：提升镜筒，贝克线向折射率答的介质移动。
作用：根据贝克线的移动规律，比较相邻两晶体折射率的相对大小。
3.什么是晶体的糙面、突起、闪突起？决定晶体糙面和突起等级的因素是什么？答：糙面：在单偏光镜下观察晶体表面时，可发现某些晶体表面较为光滑，某些晶体表面显得粗糙呈麻点状，好像粗糙皮革一样这种现象称为糙面。
半导体器件制备中的材料分析与表征研究
半导体器件制备中的材料分析与表征研究概述半导体器件是现代电子技术中不可或缺的重要组成部分。
在半导体器件制备过程中，材料分析与表征是关键环节，旨在为器件性能优化和工艺控制提供依据。
本文将对半导体器件制备中的材料分析与表征研究进行探讨。
第一章：传统表征方法1.1 光学显微镜光学显微镜是最早用于半导体材料分析的传统方法之一。
通过显微镜观察材料表面的形貌和结构，可以获取一些定性信息，比如晶格缺陷、粒界等。
1.2 扫描电子显微镜扫描电子显微镜具有高分辨率和表面扫描功能，可以观察材料表面形貌，并通过能谱分析获得成分信息，从而对材料进行定性和定量分析。
1.3 透射电子显微镜透射电子显微镜是一种重要的材料分析工具，通过电子束穿透材料，并利用电子衍射产生的衍射花样来分析晶体结构、晶格缺陷、组分分布等信息。
1.4 X射线衍射X射线衍射是一种分析晶体结构的无损表征方法，通过射线与晶体相互作用产生衍射花样，进而确定晶胞参数、晶体结构和晶体取向等信息。
第二章：表征方法的进展2.1 傅里叶变换红外光谱傅里叶变换红外光谱是一种用于分析材料的宏观化学键和官能团的方法。
通过测量材料对红外辐射的吸收谱，可以获得材料的结构和化学组成等信息。
2.2 拉曼光谱拉曼光谱是一种通过测量材料与激光交互作用后产生的散射光谱来分析材料结构和振动特性的方法。
它可以提供材料的物质结构、晶体取向、晶格畸变等信息。
2.3 X射线光电子能谱X射线光电子能谱是一种表征材料表面化学成分和电子结构的技术。
通过测量材料中光电子的能谱，可以得到材料的表面组分、电子态分布和能带结构等信息。
2.4 磁共振成像磁共振成像是一种用于获得材料内部构造的非破坏性测试方法。
通过测量材料中原子核或电子自旋之间的相互作用，可以生成高分辨率的图像来分析材料的结构、成分和磁性等性质。
第三章：先进材料分析技术3.1 电子能谱谱学电子能谱谱学是一种通过分析材料中电子能级和能带结构的方法。
通过测量材料表面或界面的能级能量和态密度，可以研究材料的电子结构和界面特性等。
光学显微分析
2.2 基本知识(几个重要的分辨率)
人眼： 0.2mm/250mm
光学显微镜：0.2um
电子显微镜：0.2nm
人眼：通常在25cm的明视距离内，人眼只能分辨相距0.1-
0.2mm的两个物体。即物体相距不到0.1mm的时候，人眼就
会把它们看成是一个物体。这个极限即为人眼的分辨本领。
显微镜的分辩本领：z＝0.61×λ/（nsinα），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。只有 采用比较短的波长的光线，才能获得较高的放大倍数。
找一块黑云母，置于视域中心 旋转物台，使解理缝为左右方向 旋动下偏光镜使其颜色最深，此时的
下偏光镜为PP方向
取下薄片，推入上偏光镜，使视域全
黑。则上下偏光镜正交。
3.偏光显微镜在高分子结构研究中的应用
基本原理
➢ 聚合物晶体像其他晶体一样，也是对光各向差异性的， 会产生双折射现象。
➢ 球晶呈现出特有的黑十字消光图像，黑十字的两臂分别 平行起偏镜和检偏镜的振动方向。转动工作台，这种消 光图像不改变，其原因在于球晶是由沿半径排列的微晶 所组成，这些微晶均是光的不均匀体，具有双折射现象。
转动工作台，这种消光图像不改变，其原因在于球晶是由沿半径排列的微晶所组成，这些微晶均是光的不均匀体，具有双折射现象。
分辨极限:光学系统镜能臂分：辨装开镜两筒物点，的可最倾短斜距离。 上偏光镜：方向A载A，物垂台直：下承偏载光镜观察物，可转动，有0～ 生扫物描显 隧微道镜显、微落镜射S3T光6M0显；度微刻镜度、倒及置游显标微、镜固、定金相螺显丝微，中央圆 D·手移薄片，使小孔点，回固中定心。弹簧夹 B·装物镜：2物、镜光与学镜部筒的分接合类型有弹簧夹型、销钉型及转盘型。
2.薄片制备
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单折射现象：光波的振动特点 和振动方向不变 ，如图：
等轴晶系（立方）、非晶物 质
17
2.光性非均质体
各向异性介质
光在非均质体中传播时，传播速度和折射率值随
振动方向的不同而发生改变。
双折射现象：光波入射非均质体，除特殊方向
(光轴)外，分解成为振动方向互相垂直、传播速度不
同、折射率不等的两种偏振光。
一轴晶：中级晶族（如四方）
15
2.光的吸收
光的振幅随透入深度增大而减小。
3.光的反射
单向反射
漫反射
反射力：物质对投射在它的表面或磨光面 上光线的反射能力 反射率： R=(Ir/Ii)×100%
16
三、光在物质中的传播
1.光性均质体
各向同性介质
光在均质体中传播时，光的传 播速度和介质的折射率不因光 在介质中振动方向不同而发生 改变，所以只有一个折射率。
管柱状鳞石英
47
(2)正交偏光镜
使用上、下偏光镜， 且振动面相互垂直 正交偏光镜不放试样时， 视域是黑暗的（？）；若放
臵试样，由于晶体性质和切
片方向不同，将出现消光和
干涉等光学现象。
48
消光现象
晶体在正交偏光镜下呈 现黑暗的现象。 全消光：转动物台360°, 消光现象不改变。
均质体或非均质体垂直 光轴的切片
7
反射光显微镜 透射光显微镜
8
相位差显微镜
解剖显微镜
2.2 晶体光学基础
一、光的物理性质 二、光与固体物质的相互作用 三、光在物质中的传播 四、光率体
五、光性方位
9
一、光的物理性质
1.光的波动性
光具有波粒二象性
波动学说解释晶体光学问题
光是横波
横波
光波的振动方向垂直传播方向
5
19世纪 德国 Ernst Abbe
阐明光学显微镜成像原理，油浸系物镜，光学 显微镜分辨本领达0.2微米理论极限
6
二、光学显微镜分类
按成像原理可分为：
几何光学显微镜：生物、金相显微镜 物理光学显微镜：相差、偏光显微镜 信息转换显微镜：荧光、图像分析显微镜 特种光学显微镜 ：高温、近场光学显微镜
③斜交光轴切面 椭圆切面，长短半径分 别等于 No 与 Ne’ ，光波垂直 这种切面入射时，发生双折 射，两条偏光的振动方向分 别平行椭圆切面长、短半径， 折射率分别等于椭圆切面的 长、短半径 No 与 Ne’ ，双折 射率为No和Ne’之差。
28
五、光性方位
含义：光率体主轴与晶体晶面、结晶轴以 及晶棱之间的关系。 不同晶体的光性方位不同，而同一晶体的 光性方位基本固定，故确定光性方位可以帮 助鉴定晶体。
25
（2）一轴晶光率体的主要切面
①垂直光轴切面 圆切面，半径等于 No，光波垂直这种切面 入射时，不发生双折射。折射率为No。
26
②平行光轴切面 椭圆切面，长短半径分别等于No与Ne，光 波垂直这种切面入射时，发生双折射，两条偏 光的振动方向分别平行椭圆切面长、短半径， 折射率分别等于椭圆切面的长、短半径。双折 27 射率为No和Ne之差。
度较弱，有害反射较
多；视域亮度均匀、
分辨率较高
58
（b）棱镜反射器：光线损失较少，视域明 亮，有害的干扰反射光少；但视域明暗不均、 分辨率下降
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(4)照明方式
a.明场照明术
金相显微镜中常用的照明方式 。
光线均匀照到光片表面，平坦表面将大部 分光反射回物镜，凹陷部分则将光散射到物
镜外面，光片上的不平整状态及物相的不同
49
四次消光：转动物台360°, 出现四次消光。 非均质体除垂直光轴以外 的切片为椭圆，长、短半径 与上、下偏光振动方向AA、 PP有四次平行的机会。 四次消光是非均质体的特征
50
干涉现象
干涉条件：两束光振动频率相同，在同 一平面内振动，且存在光程差。 单色光干涉：明暗相间的条带
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白光干涉：干涉色
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(3)锥光镜
正交镜基础上，加聚光镜和勃氏镜，换高倍物镜
观察内容：不同方向的入射光通过晶体后，所产生
的消光和干涉现象的总和，称为干涉图（黑十字）。
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球晶的黑十字消光现象
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二、金相显微镜
研究不透明物体（薄片厚度在0.03mm以上）
1.金相显微镜的构造和工作原理
55
1-灯泡； 2-聚光镜组1； 3-聚光镜组2； 4-半反射镜； 5-辅助透镜1； 6-物镜组； 7-反光镜； 8-孔径光阑； 9-视域光阑； 10-辅助透镜2； 11,12-棱镜； 13-场镜； 14-接目镜
1.均质体光率体
①是一个圆球体。 ②切面为圆切面，半径代 表折射率
21
2.一轴晶光率体
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 例如：中级晶族（三方、四方、六方）晶体
22
（1）一轴晶光率体的构成
一轴晶正光性光率体：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 23 轴振动时的折射率大，Ne＞No。
一、光学显微镜的分辨能力
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。 仪器能分辨的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。
67
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
0.61 0.61 r n sin N .A 2
观察透明晶体
32
1. 偏 光 显 微 镜 的 构 造
1、目镜 2、镜筒 3、勃氏镜 4、粗动手轮 5、微调手轮 6、镜臂 7、镜座 8、上偏光镜 9、试板孔 10、物镜 11、载物台 12、聚光镜 13、锁光圈 14、下偏光镜 15、反光镜 33
☆镜臂
☆镜座
34
☆反光镜：平、凹两面
35 ☆下偏光镜：用PP代表振动方向
金相显微镜工作原理图
56
金相显微镜的构造：主要由光学系统、机械系 统、照明系统等组成。 (1)光源：低压白炽灯,位于镜筒侧面
(2)孔径光阑：控制入射光束的直径，影响分 辨率和反差
视域光阑：控制观察区域范围 (3)垂直照明器:光路行程换向的作用
57
垂直照明器的种类：
（a）玻片反射器： 光强损失大，视域亮
去除细磨痕，获得 平整无疵镜面。机 械抛光、电解抛光、 化学抛光
取样
镶嵌
磨光
抛光
浸蚀
形状特殊或尺寸细小的 样品，机械夹持法、塑 料镶嵌法（热-酚醛， 冷-环氧）
使不同组织、晶粒、晶界受到 不同程度的浸蚀，形成差别， 清晰显示内部组织；去除抛光 造成的变形层。化学浸蚀、电 解浸蚀、物理蚀刻
65
66
2.5 光学显微分析技术的进展
42
(2)调节照明（对光）
① 用自然光照明，需要调节反光镜，反光镜 有平面镜和凹面镜两种。 ②用人工光源照明，需要调节电压旋钮，电 压越高，亮度越大。
(3)调整偏光镜位臵
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。
43
(4)调节焦距(对焦) 从侧面看着镜头，先旋转微调手轮，使 它处于中间位臵，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。 切勿在观察时用粗调手轮调节下降，否 则物镜有可能碰到玻片硬物而损坏镜头。
二轴晶：低级晶族（如斜方）
18
冰洲石的双折射现象
o
e
冰洲石
19
双折射现象
一束自然光穿过各向异性的晶体时分成两 束偏振光的现象。
例如：白纸上涂一个黑点，将方解石放 在纸上，可观察到两个黑点，旋转方解石， 一个黑点不动，另一个黑点旋转。
20
四、光率体
含义：是表示光波在晶体中传播时，光波 振动方向与相应折射率值之间关系的一种光 学立体图形（光性指示体）。
10
电磁波谱
光学显 微镜使 用可见 光 390~770 nm
11
2.自然光和偏振光
自然光：在垂直于光的 传播方向的平面内的
任意方向振动。
偏振光：只在垂直于光 的传播方向的平面内的 某一方向振动。
12
二、光与固体物质的相互作用
1.光的折射
折射定律
相对折射率
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特点:
①绝对折射率
②介质的折射率与光在介质中的传播速度Vr成
反比
③光在真空中的传播速度最大，介质中N>1
④折射率色散:同一介质的折射率因为所用光
波波长的不同而不同；对于同一介质，波长与
折射率成反比；
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④晶体的折射率色散能力：晶体在两种波长光
波中测定的折射率的差值；
差值越大，晶体色散能力越强；反之则越弱 例如： 萤石的色散能力很小 金刚石的色散能力很强 N紫-N红=0.00868 N紫-N红=0.05741
☆试板孔
☆上偏光镜 振动方向AA，与PP垂直
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☆勃氏镜
☆ 目镜
显微镜总放大倍数= 目镜放大倍数×物镜放大倍数
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2.显微镜的工作
原理
光学显微镜具有 二级放大的功能
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3.偏光显微镜的调节和校正
(1)装卸镜头 a. 装卸目镜 单目镜筒，将目镜插入镜筒 双目镜筒，还需调节两个目镜之间的距 离，使眼睛间距与双筒视域一致。 b. 装卸物镜 ①弹簧夹型 ②转盘型 ③螺丝扣型
3
一、光学显微镜发展历史
15世纪中叶：Frsncesco Stelluti， 放大镜（单式显微镜） 1590年 荷兰 Hans and Zacharias Janssen： 最早的复式显微镜