光学显微分析PPT课件.ppt

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1、关于光学显微分析第一张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.2023列文虎克在列文虎克在17世纪中期世纪中期制作的复式显微镜制作的复式显微镜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张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.2023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

2、等。第三张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.2023一一 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造的原理与构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张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023青蓝第一节第一节 光的物理本质光的物理本质 一一 波粒二波粒二象性象性第五张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.2023色散实验色散实验第六张，PPT共四

3、十六页，创作于2022年6月06.04.2023 光是横波光是横波振动方向与传播方向垂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，光矢直。在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量有不同的量有不同的振动状态振动状态。垂直于光传播方向的。垂直于光传播方向的二维平面内光矢量的振动状态，叫光波的二维平面内光矢量的振动状态，叫光波的偏偏振态振态。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张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023 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

4、子或分子所发光波原子或分子所发光波(或同一原子不同时刻或同一原子不同时刻所发光波所发光波)，振动方向、振幅、初始相位各，振动方向、振幅、初始相位各不相同。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相最小时间间隔内，各个方向的振动几率相同，称为同，称为自然光自然光。1 自然光自然光第八张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023 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

5、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。等效等效第九张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.20232 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。第十张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023 迎光矢量图上，线偏迎光矢量图上，线偏振光是一条直线。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、

6、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。第十一张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023(2)圆偏振光圆偏振光 垂直于光传播方向的固定平面内，光垂直于光传播方向的固定平面内，光矢量的大小不变，但随时间以角速度矢量的大小不变，但随时间以角速度旋旋转，其末端的轨迹是圆，这种光叫做圆偏转，其末端的轨迹是圆，这种光叫做圆偏振光。在某一固定时刻振光。在某一固定时刻t，传播方向上各点，传播方向上各点对应的光矢量的端点轨迹是对应的光矢量的端点轨迹是螺旋线螺旋线。第十二张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023

7、 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随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，称为时间变化是右旋的圆偏振光，称为右旋圆偏振光右旋圆偏振光；反之，叫左旋圆偏振光。反之，叫左旋圆偏振光。第十三张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023 椭圆偏振光椭圆偏振光 垂直于光传播方向垂直于光传播方向的固定平面内，光矢的固定平面内，光矢量的方向和大小都在量的方向和大小都在随时间改变，光矢量随时间改变，光矢量的端点描出

8、一个的端点描出一个椭圆椭圆，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张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.20233 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。第十五张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023一一 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

9、透镜成像，光路等效光路等效为：为：物物S像像SL第十六张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023第十七张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023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张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023 平行光经凸透镜平行光经凸透镜会聚，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。由于衍射现象，会使图像边缘变得模糊不清，分辨率下

10、降。于衍射现象，会使图像边缘变得模糊不清，分辨率下降。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第十九张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.2023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：第二十张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023 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

11、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物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。的爱里斑边缘相重合时，恰可分辨两物点。S1SSS1LO第二十一张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023可分辨可分辨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张，PPT

12、共四十六页，创作于2022年6月06.04.2023 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。第二十三张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.20232 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(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

13、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张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023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张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023二二 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张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.20231 取

14、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的圆柱的圆柱体或正方体。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第二十七张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.20232 镶样镶样(I

15、nlay)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、电木粉或或塑料塑料镶嵌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。第二十八张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.20233 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、均匀。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。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

16、带到下一级砂纸上去，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张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.20234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，使磨面呈光亮镜面镜面。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

17、光布抛光布:粗抛时常用帆布或粗呢，精抛时常用绒布、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。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)。抛光试样的磨。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；抛光时间一般约中心到边缘往复移动。压力不宜过大

18、；抛光时间一般约3-5分分钟。试祥用水冲洗干净，吹干待用。钟。试祥用水冲洗干净，吹干待用。第三十张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023 一般，浸蚀到试样磨面一般，浸蚀到试样磨面稍发暗稍发暗即可。若浸蚀过重，应即可。若浸蚀过重，应重新抛光，再行浸蚀。浸蚀后立重新抛光，再行浸蚀。浸蚀后立即用即用清水冲洗清水冲洗，必要时再用酒，必要时再用酒精清洗。最后用精清洗。最后用吸水纸吸干或用吸水纸吸干或用吹风机吹干吹风机吹干。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

19、属金属,化学溶解化学溶解过程；过程；晶界处，晶界处，原子排列混乱，且能量较高，易受浸原子排列混乱，且能量较高，易受浸蚀而呈现蚀而呈现凹沟凹沟。垂直光线照下，各部位反射进入物镜的光线不同，显示出。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，是一个电化学腐蚀电化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，被迅速溶解而的一相成为阳极，被迅速溶解而凹陷凹陷；阴极保；阴极保持原来的光滑平面。持原来的光滑平面。第三十一张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202

20、306.04.2023 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材料研究中的应用第三十二张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023第三十三张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023一一 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 第三十四张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023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

21、十五张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.20232 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)第三十六张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023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 液晶液晶第三十七张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023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:30 b:50 c:100二二 聚合物多相体系聚

22、合物多相体系第三十八张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023150r/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:5 b:15 c:25 d:35第三十九张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023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25min第四十张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023绚丽多姿的晶体三三 无机材料无机材料第四

23、十一张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023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第四十二张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023第四十三张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023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，设人眼瞳孔的直径例：在正常的光照度下，设人眼瞳孔的直径为为3mm。可见光中，人眼最灵敏的是波长为。可见光中，人眼最灵敏的是波长为550nm的绿光，问：的绿光，问：(1)人眼的最小分辨角多大人眼的最小分辨角多大？(2)若物体放在明视距离若物体放在明视距离25cm处，则两物体处，则两物体能被分辨的最小距离多大？能被分辨的最小距离多大？第四十五张，PPT共四十六页，创作于2022年6月06.04.202306.04.2023感谢大家观看06.04.202306.04.2023第四十六张，PPT共四十六页，创作于2022年6月