现代材料测试课件 第一章 光学显微分析共58页

30.03.2020
1.2 晶体光学基础
材料晶相组成直接影响到它们的结构和性质，其原料的 晶相组成及其显微结构直接影响着生产工艺过程及产品 性能。
→评价材料及其原料的性能、质量时，要考虑其化学组成 ，还必须考虑它的晶相组成及显微结构。
显微结构：就是指构成材料的晶相形貌、大小、分布以 及它们之间的相互关系。
内容
1.1 概述 1.2 晶体光学基础 1.3 分析方法
1.3.1 光学显微分析方法 1.3.2 特殊显微光学分析法 1.4 光学显微分析样品的制备 1.5 光学显微分析技术的进展及在材料科学中的应用
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第一章 光学显微分析
1.1 概述 1、光学显微分析的发展 15世纪中叶，用放大镜（单式显微镜）观察蜜蜂； 1590年，荷兰詹森父子创造出最早的复式显微镜； 17世纪中叶，虎克设计出第一台性能较好的显微镜； 惠更斯目镜诞生，并成为现代光学显微镜目镜的原形； 19世纪，德国的阿贝阐明光学显微镜成像原理，并制造
出油浸系物镜，使光学显微镜分辨本领达到了0.2微米理 论极限，制成了真正意义的现代光学显微镜。
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1.1 概述——光学显微分析的发展
罗伯特·虎克制造的显微镜（1665） 罗伯特·虎克观察到的细胞
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1.1 概述
2、光学显微镜分类（依据成像原理） 几何光学显微镜：生物显微镜、落射光显微镜、倒置显
可见光
光学显微分析使用波段：可见光波段390~770nm
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1.2 晶体光学基础——光的物理特性
自然光和偏振光 自然光：垂直于光的传播方
向振动，在垂直于光的传 播方向的平面内的任意方 向振动。
偏振光：垂直于光的传播方 向振动，且只在垂直于光的 传播方向的平面内的某一方 向振动。
偏振光的光振动方向与传播方向组成的平面称为振动面。 由此也将偏振光称为平面偏光，简称偏光。
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1.2 晶体光学基础
1.2.3 光与固体物质的相互作用 —— 吸 收 、 反 射 、 折 射 、 干 涉、衍射等现象
光的折射定律：
sini Vi N sinr Vr
反射
i’
式中：
Vi —光在入射介质中的速度； Vr —光在折射介质中的速度； N —折射介质对入射介质的相对折射率（或折光率）；
为了表示晶向和晶面的空间取向（方位），采用统 一的标识，称为晶向指数和晶面指数；国际通用密勒（ ler）的标识方法，故又称为密勒指数，确定方 法见p15。
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1.2 晶体光学基础
光是键合电子在原子核外电子能级之间激发跃迁产生的 自发能量变化，导致发射或吸收辐射能的一种形态。
若入射介质为真空，则称为折射介质的绝对折射率（简
称折射率）。
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1.2 晶体光学基础——光与固体物质的相互作用
sini Vi N 光的折射特点： sinr Vr 1）介质中光传播的速度↑，该介质的折射率↓； 2）光在真空中的传播速度最大，其它固体或液体中N>1； 3）同一介质的折射率因所用光波波长而异（折射率色散）
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பைடு நூலகம்
1.2 晶体光学基础——晶体结构
2、晶胞和点阵类型 晶体中原子规则排列的基本特征：周期性与对称性 晶胞（阵胞）：在点阵中选择一个由阵点连接而成的
几何图形（一般为平行六面体）作为点阵的基本单元 来表达晶体结构的周期性。 平行六面体的阵胞可由表示其形状与大小的3个矢
量a、b、c来描述，称为单位阵胞矢量（点阵基矢 或基本平移矢量）； a、b、c的长度即晶胞3个棱边的长度a、b、c称为 点阵常数，b与c、c与a及a与b的夹角分别记为α、β 、γ。 仅考虑表达点阵的周期性，所有晶体均可分别用由14 种阵胞表达的空间点阵（称为布拉菲点阵）来描述其 原子排布规则。（p13表1-5）
微镜、金相显微镜、暗视野显微镜等。 物理光学显微镜：相差显微镜、偏光显微镜、干涉显微
镜、相差偏振光显微镜、相差干涉显微镜、相差荧光显 微镜等。 信息转换显微镜：荧光显微镜、显微分光光度计、图像 分析显微镜、声学显微镜、照相显微镜等。 特种光学显微镜：高温显微镜、近场光学显微镜等。
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光学显微分析技术的作用： 进行物相分析，即研究材料和其原料的物相组成及显 微结构； 并以此来研究形成这些物相结构的工艺条件和产品性 能间的关系。
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1.2 晶体光学基础
1.2.1 晶体结构 1、空间点阵的概念 晶体：组成原子（或离子、分子、原
子团等，以下不需加以区别时，泛称 原子）有规则排列的固体。 空间点阵或晶体点阵，简称点阵：为 描述晶体中原子的排列规则，将每一 个原子抽象视为一个几何点（称为阵 点），从而得到一个按一定规则（即 晶体中原子排列规则）排列分布的无 数多个阵点组成的空间阵列。 晶格：将各阵点用直线联接成为空间 格子，空间点阵（晶格）如右图。
，对于同一介质，光波的波长与折射率成反比（在紫光 中测定的折射率最大，红光中的值最小）。 4）晶体的折射率色散能力：即晶体在两种波长光波中的折 射率差值越大。差值越大，色散能力越强，液体的色散 能力较固体强。
为了不受色散的影响，测定折射率时宜在单色光中进 行，通常利用黄色光，即用钠光灯作光源（波长在可见 光谱的中部）。
1.2.2 光的物理特性 光的波粒二象性
光学显微分析所观察到的光与物质的相互作用效应，在 特性上像波，故利用光的波动学说解决晶体光学问题。 光为横波，即光波振动与传播方向垂直
纵波
横波
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1.2 晶体光学基础——光的物理特性
电磁波谱上不同波本质完全相同，只是波长（或频率） 不同而特性不同。
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1.2 晶体光学基础——晶体结构
3、晶体结构与空间点阵 晶体结构= 空间点阵 + 结构基元
结构基元的划分应满足每个阵点上结构基元（物质 组成及其在基元内的分布）相同的原则。
结构基元的多样性使晶体结构有无限多种类。 晶向指数与晶面指数
晶体中由原子组成的直线和平面分别称为晶向和晶 面（相应于点阵中的阵点列和阵点面）。