第九章光学显微

小麦原淀粉

糊化后小麦淀粉

第九章光学显微分析2/4/2023列文虎克在17世纪中期制作的复式显微镜20世纪初的显微镜多用途显微镜2/4/2023光学显微镜分类——几何光学显微镜

生物、倒置、金相、暗视野显微镜等。——物理光学显微镜

偏光、相差、干涉、相差偏光、相差干涉、相差荧光显微镜等。——信息转换显微镜

荧光、图像分析、声学、照相、电视显微镜及显微分光光度计等。——特种光学显微镜

高温、近场光学显微镜等。2/4/2023一光的物理本质二光学显微分析原理三偏光显微镜和相差显微镜的原理与构造本章提纲四光学显微分析制样方法五光学显微分析在材料研究中的应用2/4/2023青蓝第一节光的物理本质一波粒二象性2/4/2023色散实验2/4/2023

光是横波——振动方向与传播方向垂直。在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量有不同的振动状态。垂直于光传播方向的二维平面内光矢量的振动状态，叫光波的偏振态。

按偏振态，光波分为自然光和偏振光。二自然光与偏振光2/4/2023

光源中包含许多分子和原子，不同的原子或分子所发光波(或同一原子不同时刻所发光波)，振动方向、振幅、初始相位各不相同。

在垂直于传播方向的平面内，观测的最小时间间隔内，各个方向的振动几率相同，称为自然光。1自然光2/4/2023

迎光矢量图：表示迎(逆)着光时，垂直于光传播方向的平面内振动方向的矢量图。

迎光矢量图上，自然光是均匀分布的辐射线。等效2/4/20232完全偏振光

⑴线偏振光

光振动电矢量总是在一个固定的平面内(又称平面偏振光)。在与光传播方向垂直的平面内，电矢量端点的轨迹是一条直线。2/4/2023迎光矢量图上，线偏振光是一条直线。

自然光可等效为两振幅相等、互相垂直、无相位关系的线偏振光。2/4/2023(2)圆偏振光

垂直于光传播方向的固定平面内，光矢量的大小不变，但随时间以角速度ω旋转，其末端的轨迹是圆，这种光叫做圆偏振光。在某一固定时刻t，传播方向上各点对应的光矢量的端点轨迹是螺旋线。2/4/2023

垂直于光传播方向的平面内，右旋圆偏振光的电矢量随时间变化示意图

迎光的传播方向观察到的圆偏振光的光矢量随时间变化是右旋的圆偏振光，称为右旋圆偏振光；反之，叫左旋圆偏振光。2/4/2023⑶椭圆偏振光

垂直于光传播方向的固定平面内，光矢量的方向和大小都在随时间改变，光矢量的端点描出一个椭圆，叫椭圆偏振光。左旋椭圆偏振光电矢量随时间逆时针旋转2/4/20233部分偏振光

由自然光和完全偏振光组成的光：

(1)自然光+线偏振光；

(2)自然光+圆偏振光；

(3)自然光+椭圆偏振光。2/4/2023一光学显微镜成像原理第二节光学显微分析原理单个透镜成像，光路等效为：物S像S’L2/4/20232/4/2023单目与双目光学金相显微镜2/4/2023

平行光经凸透镜会聚，在焦平面上形成的衍射图样点物成像，会形成一个一定大小的爱里斑(Airydisk)。由于衍射现象，会使图像边缘变得模糊不清，分辨率下降。二光学显微镜主要参数1分辨率Df2/4/2023爱里斑爱里斑直径：第一级暗环直径d

中央明纹区域，边界是第一级暗纹极小值第一暗环对应的半张角理论计算：2/4/2023

点物S和S1对透镜中心O的张角，等于其分别相应的中央零级衍射中心S'、S1'对O的张角。如图，可分辨这两个物点；当两个物点距离足够小时，就有能否分辨的问题。

瑞利判据：点物S1的爱里斑中心恰好与另一个点物S2的爱里斑边缘相重合时，恰可分辨两物点。S1SS’S1’LO2/4/2023可分辨恰可分辨不可分辨S1S2S1S2S1S2两爱里斑中心距d0恰好等于爱里斑半径2/4/2023

电子显微镜以加速的电子束代替自然光束，波长约0.1nm，用来观察物质结构。波长镜头直径

天文望远镜口径很大：世界最大的天文望远镜直径16米，智利。2/4/20232放大倍数M=OM/眼=1000

3数值孔径

N.

A.=n•sinθ0

4焦深(焦点深度或焦长)：透镜像平面允许的轴向偏差景深：透镜物平面允许的轴向偏差2/4/2023第三节光学显微镜的原理和构造一偏光显微镜1原理2结构P21单偏光显微镜正交偏光显微镜2/4/2023二相差显微镜1原理2结构环形光阑位相板共轭面补偿面2/4/20231取样(Sampling)代表性的部位;软金属：手锯或锯床切割；硬而脆的材料(如白口铸铁)：锤击；极硬材料(如淬火钢)：砂轮切片机或线切割；大工件：氧气切割试样大小:

直径ф(12-15)mm、高度(或边长)12-15mm的圆柱体或正方体。第四节光学显微分析制样方法样品光片制备步骤：P442/4/20232镶样(Inlay)

镶样方法很多，如低熔点合金镶嵌、电木粉或塑料镶嵌和机械夹持等，多用电木粉镶嵌。2/4/20233研磨(Grind)粗磨：砂轮机。软材料：锉刀锉平,压力要适度、均匀。磨制过程中要不断用水冷却试样；试样倒角。

细磨:

每换细一级砂纸时，应先将试样清洗干净，以免把粗砂粒带到下一级砂纸上去，再将试样的磨制方向调转90°，即磨制方向与上一道磨痕方向垂直。

试样表面磨痕变化2/4/2023抛光(Polishing)目的：去除细磨后留下的细微磨痕，使磨面呈光亮镜面。机械抛光、电解抛光和化学抛光等。

过程：抛光机：300-500rpm，粗抛和精抛。粗抛：转速高；精抛或抛软材料，转速低。

抛光布:

粗抛时常用帆布或粗呢，精抛时常用绒布、细呢或丝绸等。抛光时需不断向抛光盘上滴注抛光液，以产生磨削和润滑作用。

抛光液常采用Al2O3、MgO或Cr2O3等细抛光粉(粒度约为0.3-1μm)的水悬浮液(A12O3：5～l0g/L)。抛光试样的磨面应均匀、平正地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的半径方向从中心到边缘往复移动。压力不宜过大；抛光时间一般约3-5分钟。试祥用水冲洗干净，吹干待用。2/4/2023一般，浸蚀到试样磨面稍发暗即可。若浸蚀过重，应重新抛光，再行浸蚀。浸蚀后立即用清水冲洗，必要时再用酒精清洗。最后用吸水纸吸干或用吹风机吹干。5浸蚀(Ething)目的：浸蚀剂浸蚀，显示其显微组织，化学腐蚀。纯金属或单相金属,化学溶解过程；晶界处，原子排列混乱，且能量较高，易受浸蚀而呈现凹沟。垂直光线照下，各部位反射进入物镜的光线不同，显示出晶界及明暗不同的晶粒。两相或两相以上合金的浸蚀，是一个电化学腐蚀过程——微电池：具有负电位的一相成为阳极，被迅速溶解而凹陷；阴极保持原来的光滑平面。2/4/2023第五节光学显微镜在材料研究中的应用2/4/20232/4/2023一聚合物的结晶1球晶PEO结晶过程中球晶生长的正交偏光显微镜照片

2/4/2023聚丙烯球晶的黑十字消光(55×)

聚乙烯球晶的同心消光环(720×)

2/4/20232树枝晶聚乙烯的树枝晶(70℃，二甲苯稀溶液)

2/4/2023热致型液晶按分子排列状态分为:向列相近晶相胆甾相3液晶2/4/2023不同转速下混合的PVC/PE共混物的相形态(质量比为1:1，暗区为PVC)转速/r/min：a:30b:50c:100二聚合物多相体系2/4/2023150r/min下不同混合时间的LDPE/PVC熔融共混物的相形态(质量比为7:3)时间/min：a:5b:15c:25d:352/4/2023不同转速下熔融混合的LDPE/PVC共混物的相形态的演化(质量比为7:3)a:150r/min混合25minB:再在50r/min下混合25min2/4/2023绚丽多姿的晶体三无机材料2/4/2023解理、贝克线、糙面、突起；消光玻璃结石中的鳞石英P522/4/20232/4/2023龙门石窟解理面——曾荣昌科学网博客/home.php?mod=space&uid=114283&do=blog&id=498303解理，Cleavage——矿物等结晶物质以平面为界劈裂开来而形成光滑面的倾向，通常沿着晶体中键结较弱的方向产生，可以反映出晶体的结构（晶形），是判断矿物种类的依据之一。有此现象的晶体所产生的平面称为「解理面」。解理与矿物硬度无关。解理、节理、劈理、片理、层理