光学显微分析精选课件.ppt

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1、关于光学显微分析第一页，本课件共有46页08.12.2022列文虎克在列文虎克在17世纪中期制世纪中期制作的复式显微镜作的复式显微镜20世纪初的显微镜世纪初的显微镜多用途显微镜多用途显微镜第二页，本课件共有46页08.12.2022光学显微镜分类光学显微镜分类几何光学显微镜几何光学显微镜 生物、倒置、金相金相、暗视野显微镜等。物理光学显微镜物理光学显微镜 偏光偏光、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。特种光学显微镜特种光学显微镜 高温、近场光学显微镜等。第三页，本课件共有46页08.12.20

2、22一一 光的物理本光的物理本质质二二 光学光学显显微分析原理微分析原理 三三 偏光偏光显显微微镜镜和相差和相差显显微微镜镜的原理与构的原理与构造造本章提本章提纲纲四四 光学光学显显微分析制微分析制样样方法方法 五五 光学光学显显微分析在材料研究中的微分析在材料研究中的应应用用第四页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022青蓝第一节第一节 光的物理本质光的物理本质 一一 波粒波粒二象性二象性第五页，本课件共有46页08.12.2022色散实验色散实验第六页，本课件共有46页08.12.2022 光是横波光是横波振动方向与传播方向振动方向与传播方向垂直。在垂直于光的传播方向的平

3、面内，垂直。在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量有不同的光矢量有不同的振动状态振动状态。垂直于光传播。垂直于光传播方向的二维平面内光矢量的振动状态，叫光方向的二维平面内光矢量的振动状态，叫光波的波的偏振态偏振态。按偏振态，光波分为自然光和偏振光。按偏振态，光波分为自然光和偏振光。二二 自然光与偏振光自然光与偏振光第七页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022 光源中包含许多分子和原子，不同的光源中包含许多分子和原子，不同的原子或分子所发光波原子或分子所发光波(或同一原子不同时或同一原子不同时刻所发光波刻所发光波)，振动方向、振幅、初始相，振动方向、振幅、初始相位各不相同。位各

4、不相同。在垂直于传播方向的平面内，观测的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最小时间间隔内，各个方向的振动几率相同，称为相同，称为自然光自然光。1 自然光自然光第八页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022 迎光矢量图：迎光矢量图：表示迎表示迎(逆逆)着光时，垂直于着光时，垂直于光传播方向的平面内振动方向的矢量图。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迎光矢量图上，自然光是均匀分布的辐射线。线。等效等效第九页，本课件共有46页08.12.20222 完全偏振光完全偏振光 线偏振光线偏振光 光振动电矢量总是在一个固

5、定的光振动电矢量总是在一个固定的平面内平面内(又称平面偏振光又称平面偏振光)。在与光传。在与光传播方向垂直的平面内，电矢量端点的播方向垂直的平面内，电矢量端点的轨迹是一条直线。轨迹是一条直线。第十页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022 迎光矢量图上，线迎光矢量图上，线偏振光是一条直线。偏振光是一条直线。自然光可自然光可等效等效为两振幅相等、互为两振幅相等、互相垂直、无相位关系的相垂直、无相位关系的线偏振光线偏振光。第十一页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022(2)圆偏振光圆偏振光 垂直于光传播方向的固定平面内，垂直于光传播方向的固定平面内，光矢量的大

6、小不变，但随时间以角速度光矢量的大小不变，但随时间以角速度旋转，其末端的轨迹是圆，这种光叫旋转，其末端的轨迹是圆，这种光叫做圆偏振光。在某一固定时刻做圆偏振光。在某一固定时刻t，传播方，传播方向上各点对应的光矢量的端点轨迹是向上各点对应的光矢量的端点轨迹是螺螺旋线旋线。第十二页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022 垂直于光传播方向的平垂直于光传播方向的平面内，右旋圆偏振光的电面内，右旋圆偏振光的电矢量随时间变化示意图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，称为随时间变化是右旋的圆偏振光，

7、称为右旋圆偏右旋圆偏振光振光；反之，叫左旋圆偏振光。；反之，叫左旋圆偏振光。第十三页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022 椭圆偏振光椭圆偏振光 垂直于光传播方垂直于光传播方向的固定平面内，光向的固定平面内，光矢量的方向和大小都矢量的方向和大小都在随时间改变，光矢在随时间改变，光矢量的端点描出一个量的端点描出一个椭椭圆圆，叫椭圆偏振光。，叫椭圆偏振光。左旋椭圆偏振光左旋椭圆偏振光电矢量随时间逆时针旋转电矢量随时间逆时针旋转第十四页，本课件共有46页08.12.20223 部分偏振光部分偏振光 由自然光和完全偏振光组成的光：由自然光和完全偏振光组成的光：(1)自然光自然光+线

8、偏振光；线偏振光；(2)自然光自然光+圆偏振光；圆偏振光；(3)自然光自然光+椭圆偏振光。椭圆偏振光。第十五页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022一一 光学显微镜成像原理光学显微镜成像原理第二节第二节 光学显微分析原理光学显微分析原理单个透镜成像，单个透镜成像，光路等效光路等效为：为：物物S像像SL第十六页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022第十七页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022单目与双目光学金相显微镜单目与双目光学金相显微镜第十八页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022 平行光经凸透镜平行光经凸透镜会

9、聚，在焦平面上形会聚，在焦平面上形成的衍射图样成的衍射图样 点物成像，会形成一个一定大小的点物成像，会形成一个一定大小的爱里斑爱里斑(Airy disk)。由于衍射现象，会使图像边缘变得模糊不清，分辨。由于衍射现象，会使图像边缘变得模糊不清，分辨率下降。率下降。二二 光学显微镜主要参数光学显微镜主要参数1 分辨率分辨率Df第十九页，本课件共有46页08.12.2022爱里斑爱里斑爱里斑直径：爱里斑直径：第一级暗环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第一暗环对应的半张角 理论计算：理论计算：第二十页，本课件共有46页

10、08.12.202208.12.2022 点物点物S和和S1 对透镜中心对透镜中心 O 的张角的张角，等于其分别相，等于其分别相应的中央零级衍射中心应的中央零级衍射中心S、S1 对对O的张角。如图，可的张角。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。能否分辨的问题。瑞利判据：瑞利判据：点物点物S1的爱里斑中心恰好与另一个点的爱里斑中心恰好与另一个点物物S2的爱里斑边缘相重合时，恰可分辨两物点。的爱里斑边缘相重合时，恰可分辨两物点。S1SSS1LO第二十一页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022可分辨可分辨

11、恰可分辨恰可分辨不可分辨不可分辨S1S2S1S2S1S2两爱里斑中心距两爱里斑中心距d0恰好等于爱里斑半径恰好等于爱里斑半径第二十二页，本课件共有46页08.12.2022 电子显微镜以加速的电子束代替自然光束，波长约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。用来观察物质结构。波长波长镜头直径镜头直径 天文望远镜口径很天文望远镜口径很大：世界最大的天文大：世界最大的天文望远镜直径望远镜直径16米，智米，智利。利。第二十三页，本课件共有46页08.12.20222 放大倍数放大倍数M=OM/眼=1000 3 数值孔径数值孔径 N.A.=n sin0 4 焦深焦深(

12、焦点深度或焦长焦点深度或焦长)：透镜像平面允许的轴向偏差：透镜像平面允许的轴向偏差景深景深：透镜物平面允许的轴向偏差：透镜物平面允许的轴向偏差第二十四页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022第三节第三节 光学显微镜的原理和构造光学显微镜的原理和构造 一一 偏光显微镜偏光显微镜 1 原理原理 2 结构结构 P21单偏光显微镜单偏光显微镜正交偏光显微镜正交偏光显微镜第二十五页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022二二 相差显微镜相差显微镜 1 原理原理 2 结构结构环形光阑环形光阑位相板位相板共轭面共轭面补偿面补偿面第二十六页，本课件共有46页08.12.2

13、02208.12.20221 取样取样(Sampling)代表性的部位代表性的部位;软金属：手锯或锯床切割；软金属：手锯或锯床切割；硬而脆的材料硬而脆的材料(如白口铸铁如白口铸铁)：锤击；：锤击；极硬材料极硬材料(如淬火钢如淬火钢)：砂轮切片机或线切割；：砂轮切片机或线切割；大工件：氧气切割大工件：氧气切割试样大小试样大小:直径直径(12-15)mm、高度、高度(或边长或边长)12-15mm的圆柱体或正方体。的圆柱体或正方体。第四节第四节 光学显微分析制样方法光学显微分析制样方法样品光片制备步骤：样品光片制备步骤：P44第二十七页，本课件共有46页08.12.202208.12.20222 镶

14、样镶样(Inlay)镶样方法很多，如镶样方法很多，如低熔点合金镶嵌、电木粉低熔点合金镶嵌、电木粉或或塑塑料镶嵌料镶嵌和和机械夹持机械夹持等，多用电木粉镶嵌。等，多用电木粉镶嵌。第二十八页，本课件共有46页08.12.202208.12.20223 研磨研磨(Grind)粗磨：粗磨：砂轮机。软材料：锉刀锉平砂轮机。软材料：锉刀锉平,压力要适度、均压力要适度、均匀。磨制过程中要不断用水冷却试样；试样倒角。匀。磨制过程中要不断用水冷却试样；试样倒角。细磨细磨:每换细一级砂纸时，应先将试样清洗干净，以免每换细一级砂纸时，应先将试样清洗干净，以免把粗砂粒带到下一级砂纸上去，再将试样的把粗砂粒带到下一级砂

15、纸上去，再将试样的磨制方向调转磨制方向调转90，即磨制方向与上一道磨痕方向垂直。，即磨制方向与上一道磨痕方向垂直。试样表面磨痕变化试样表面磨痕变化第二十九页，本课件共有46页08.12.202208.12.20224抛光抛光(Polishing)5 目的：目的：去除细磨后留下的细微磨痕，使磨面呈光亮去除细磨后留下的细微磨痕，使磨面呈光亮镜镜面面。机械抛光、电解抛光和化学抛光等。机械抛光、电解抛光和化学抛光等。过程：抛光机：过程：抛光机：300-500rpm，粗抛和精抛。粗抛：，粗抛和精抛。粗抛：转速高；精抛或抛软材料，转速低。转速高；精抛或抛软材料，转速低。抛光布抛光布:粗抛时常用帆布或粗呢，

16、精抛时常用绒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。液，以产生磨削和润滑作用。抛光液抛光液常采用常采用Al2O3、MgO或或Cr2O3等细抛光粉等细抛光粉(粒度粒度约为约为0.3-1m)的水悬浮液的水悬浮液(A12O3：5l0g/L)。抛光试样的。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；抛光时间一般约般约3-5分钟。试祥用

17、水冲洗干净，吹干待用。分钟。试祥用水冲洗干净，吹干待用。第三十页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022 一般，浸蚀到试样磨面一般，浸蚀到试样磨面稍稍发暗发暗即可。若浸蚀过重，即可。若浸蚀过重，应重新抛光，再行浸蚀。应重新抛光，再行浸蚀。浸蚀后立即用浸蚀后立即用清水冲洗清水冲洗，必，必要时再用酒精清洗。最后要时再用酒精清洗。最后用用吸水纸吸干或用吹风机吹干吸水纸吸干或用吹风机吹干。5 浸蚀浸蚀(Ething)目的：目的：浸蚀剂浸蚀，显示其显微组织，浸蚀剂浸蚀，显示其显微组织，化学腐蚀化学腐蚀。纯金属或单相。纯金属或单相金属金属,化学溶解化学溶解过程；过程；晶界处，晶界处，原子

18、排列混乱，且能量较高，易受浸蚀原子排列混乱，且能量较高，易受浸蚀而呈现而呈现凹沟凹沟。垂直光线照下，各部位反射进入物镜的光线不同，显。垂直光线照下，各部位反射进入物镜的光线不同，显示出示出晶界及明暗不同的晶粒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。两相或两相以上合金的浸蚀，是一个电化电化学腐蚀学腐蚀过程过程微电池：具有微电池：具有负电位负电位的一相成为阳极，被迅速溶解的一相成为阳极，被迅速溶解而而凹陷凹陷；阴极保持原来的光滑平面。；阴极保持原来的光滑平面。第三十一页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022 第五节第五节 光学显微镜在材料研究中的应用光学显微镜在

19、材料研究中的应用第三十二页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022第三十三页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022一一 聚合物的结晶聚合物的结晶1 球晶球晶PEO结晶过程中球晶生长的正交偏光显微镜照片结晶过程中球晶生长的正交偏光显微镜照片 第三十四页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022聚丙烯球晶的黑十字消光聚丙烯球晶的黑十字消光(55)聚乙烯球晶的同心消光环聚乙烯球晶的同心消光环(720)第三十五页，本课件共有46页08.12.202208.12.20222 树枝晶树枝晶聚乙烯的树枝晶聚乙烯的树枝晶(70，二甲苯稀溶液，二甲苯稀溶液)

20、第三十六页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022热致型液晶按分子排列状态分为热致型液晶按分子排列状态分为:向列相向列相 近晶相近晶相 胆甾相胆甾相3 液晶液晶第三十七页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022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:30 b:50 c:100二二 聚合物多相体系聚合物多相体系第三十八页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022150r/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:5 b:15 c:25 d:

21、35第三十九页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022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25min第四十页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022绚丽多姿的晶体三三 无机材料无机材料第四十一页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022解理、贝克线、糙面、突起；消光解理、贝克线、糙面、突起；消光玻璃结石中的鳞石英玻璃结石中的鳞石英 P52第四十二页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022第四十三页，本课件共有46页08.12.

22、202208.12.2022龙门石窟解理面龙门石窟解理面曾荣昌科学网博客曾荣昌科学网博客http:/ 例：在正常的光照度下，设人眼瞳孔的例：在正常的光照度下，设人眼瞳孔的直径为直径为3mm。可见光中，人眼最灵敏的是波。可见光中，人眼最灵敏的是波长为长为550nm的绿光，问：的绿光，问：(1)人眼的最小分辨人眼的最小分辨角多大？角多大？(2)若物体放在明视距离若物体放在明视距离25cm处，则处，则两物体能被分辨的最小距离多大？两物体能被分辨的最小距离多大？第四十五页，本课件共有46页08.12.202208.12.2022感感谢谢大大家家观观看看08.12.202208.12.2022第四十六页，本课件共有46页