1、光学显微分析

材料现代分析方法

一．绪论 1. 材料现代分析方法：是关于材料成分、结构、微观形貌与缺陷等的现代分析，测试技术

及其有关理论基础的科学。 2. 基于电磁辐射及运动粒子束与物质相互作用的各种性质建立的各种分析方法已成为材

料现代分析方法的重要组成部分，大体可分为光谱分析、电子能谱分析、衍射分析与电

子显微分析等四大类方法。 3. 各种方法的分析、检测过程均可大体分为信号发生器、检测器、信号处理器与读出装置

等几部分组成。

二．核磁共振 1. 核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）：无线电波照射样品时，使特定化

学结构环境中的原子核发生的共振跃迁（核自旋能级跃迁）。 2. 拉摩尔进动：外磁场与核自旋磁场的相互作用，导致核自旋轴绕磁场方向发生回旋，

称为拉摩尔进动。 3. 核磁共振现象的产生机理：主要是由核的自旋运动引起的，核的自旋产生了不同的

核自旋能级，当某种频率的电磁辐射与核自旋能级差相同时，原子核从低自旋能级

跃迁到高自旋能级，产生了核磁共振现象。 4. 描述核自旋运动的量子数I与原子核的质子数和中子数有关，有下列三种情况：（1）

偶-偶核，I=0；（2）奇-偶核，I为半整数；（3）奇-奇核，I为整数。 5. 核磁共振的条件：（1）原子核有自旋现象（I﹥0）；（2）在外磁场中发生能级裂分；（3）照射频率与外磁场的比值𝜐𝐵 =γI(2π) 。

6. 1H核磁共振条件：𝜐𝑂=γI2πB。

7. 化学位移：某一质子吸收峰出现的位置，与标准物质质子吸收峰出现的位置之间的

差异，称为该质子的化学位移。 8. 化学位移现象：同一种类原子核，但处在不同的化合物中，或是虽在同一种化合物

中，但所处的化学环境不同，其共振频率也稍有不同，这就是所谓的化学位移现象。 9. 影响化学位移的因素：诱导效应、共轭效应、磁各向异性效应、氢键效应和溶剂效

应。质子周围电子云密度↑，屏蔽效应↑，在较高磁场强度处（高场）发生核磁共振，小；电子云密度↓，屏蔽效应↓，在较低磁场强度处（低场）发生核磁共振，大。

光学显微镜的测量极限

光学显微镜是一种利用光学原理，使显微样品可以被观测和分析的仪器。它是研究物理、化学和生物学问题的重要工具。一般而言，光学显微镜可将一个样品分辨成10~100倍大小，而最高的分辨率也可以达到1nm。

光学显微镜的最小测量极限取决于光学子系统的参数，如焦距、像差等。一般而言，像素尺度（pixel）最小分辨率存在一定的测量极限，光圈的大小也是极限的因素。根据光学定律，焦距贡献最大的极限因素是空间分辨率（L/NA），其中L表示观察体积的最大距离，NA表示工作口径的数量值。此外，NA值越大，极限分辨率也越高。

在技术上，最为现代的光学显微镜具有高分辨率，如低空间分辨率、高A值和高口径容量，可以提供0.1μm甚至0.03μm的单位空间分辨率。另外，某些类型的显微镜，如扫描电子显微镜，其最小测量极限可以达到0.1nm。

总之，光学显微镜测量极限依赖于该镜头系统的性能，最低分辨率可以达到0.1μm~1nm，高端显微镜的最低空间分辨率可以达到0.03μm，细节的显微量测更加依赖于扫描电子显微镜，其最小测量极限可以达到0.1nm。

铁碳合金平衡组织的显微分析

铁碳合金是由铁和碳构成的合金，是工业中广泛应用的重要材料之一、铁碳合金的组织特点对其力学性能和热处理性能具有重要影响。因此，对铁碳合金的显微组织进行分析是非常重要的。

铁碳合金的显微组织分析主要包括光学显微镜和扫描电子显微镜两种方法。下面将结合这两种方法对铁碳合金的平衡组织进行分析。

铁碳合金的平衡组织主要包括珠光体、渗碳体和残余奥氏体。光学显微镜是一种常见的显微分析方法，通过对样品进行打磨、腐蚀和显微观察，可以清晰的观察到铁碳合金的组织特征。

首先，通过光学显微镜观察，可以明显看到铁碳合金的珠光体组织。珠光体是一种石墨化的组织，由球状的珠粒组成。珠光体的颗粒大小和分布情况对铁碳合金的力学性能和热处理性能有着重要的影响。

接下来，通过光学显微镜还可以观察到渗碳体的存在。渗碳体是一种碳在铁中的溶解度有限的组织，它以板状或带状的形式分布在铁基体中。渗碳体的含量和分布情况对铁碳合金的硬度和耐磨性能有着重要的影响。

此外，在光学显微镜下还可以观察到残余奥氏体的存在。残余奥氏体是在快冷过程中不能完全转变为珠光体的奥氏体。其含量和分布情况对铁碳合金的韧性和硬度也有一定的影响。

然而，光学显微镜只能观察到宏观组织，对于一些细小的组织特征无法进行观察和分析。这时候就需要扫描电子显微镜(SEM)来进一步分析。扫描电子显微镜是一种表面观察的显微镜，通过扫描样品表面并感应到样品表面反射的电子来形成影像。它具有高分辨率和高放大倍数的优点，可以观察到铁碳合金的细小组织特征，如碳化物颗粒的形状和分布情况。

通过扫描电子显微镜观察，可以发现铁碳合金中的碳化物颗粒往往呈片状或者棒状，并分布在铁基体中。碳化物颗粒的形状和分布对铁碳合金的硬度和耐蚀性有着重要的影响。

除了显微镜分析外，还可以使用X射线衍射(XRD)和电子探针X射线显微镜(EPMA)对铁碳合金的组织进行分析。XRD可以用于定性和定量分析组织相的成分和含量，而EPMA则可以用于元素的定量分析和元素的分布状况。

偏光显微镜分析使用方法

光学显微分析是利用可见光观察物体的表面新貌和内部结构，鉴定晶体的光学性质。透明晶体的观察可利用透射显微镜，如偏光显微镜。而对于不透明物体来说就只能使用反射式显微镜，即金相显微镜。利用偏光显微镜和金相显微镜进行晶体光学鉴定，是研究材料的重要方法之一。

1、偏光显微镜

偏光显微镜是目前研究材料晶相显微结构最有效的工具之一。随着科学技术的发展，偏光显微镜技术在不断地改进中，镜下的鉴定工作逐步由定性分析发展到定量鉴定，为显微镜在各个科学领域中的应用开辟了广阔的前景。

2、偏光显微镜的构成

偏光显微镜的类型较多，但它们的构造基本相似。XPT—7型偏光显微镜（图1）构成为：

镜臂：呈弓形，其下端与镜座相联，上部装有镜筒。

反光镜：是一个拥有平、凹两面的小圆镜，用于把光反射到显微镜的光学系统中去。当进行低倍研究时，需要的光量不大，可用平面镜，当进行高倍研究时，使用凹镜使光少许聚敛，可以增加视域的亮度。

下偏光镜：位于反光镜之上、从反光镜反射来的自然光，通过下偏光镜后，即成为振动方向固定的偏光，通常用PP代表下偏光镜的振动方向。下偏光镜可以转动，以便调节其振动方向。

锁光圈：在下偏光镜之上。可以自由开合，用以控制进入视域的光量。

聚光镜：在锁光圈之上。它是一个小凸透镜，可以把下偏光镜透出的偏光聚敛而成锥形偏光。聚光镜可以自由安上或放下。

载物台：是一个可以转动的圆形平台。边缘有刻度（0-360°），附有游标尺，读出的角度可精确至1/10度。同时配有固定螺丝，用以固定物台。物台中央有圆孔，是光线的通道。物台上有一对弹簧夹，用以夹持光片。

镜筒：为长的圆筒形，安装在镜臂上。转动镜臂上的粗动螺丝或微动螺丝可用以调节焦距。镜筒上端装有目镜，下端装有物镜，中间有试板孔、上偏光镜和勃氏镜。

物镜：由l-5组复式透镜组成的。其下端的透镜称前透镜，上端的透镜称后透镜。前透镜愈小，镜头愈长，其放大倍数愈大。每台显微镜附有3-7个不同放大倍数的物镜。每个物镜上刻有放大倍数、数值孔径（N.A）、机械筒长、盖玻璃厚度等。数值孔径表征了物镜的聚光能力，放大倍数越高的物镜其数值孔径越大，而对于同一放大倍数的物镜，数值孔径越大则分辨率越高。

显微镜的构造及知识点总结

一、显微镜的构造

1. 显微镜的基本结构

（1）物镜：即观察的物体通过物镜放大后，成像在目镜焦面上。一般显微镜所有的放大倍率除了物镜外，还包括目镜的倍率。

（2）目镜：显微镜的目镜是用来观察物体显微图像时用的透镜。目镜的放大倍率是比较小的，通常为5倍、10倍、15倍等。目镜与物镜的焦距必须匹配，这样才能看到清晰的放大像。

2. 显微镜的光学系统

（1）照明系统：比如反射光源和透射光源的照明系统；

（2）镜筒系统：用于目镜和物镜的安装的镜筒系统；

（3）焦平面系统：用于放大像的成像系统。

3. 显微镜的机械系统

（1）镜架：是显微镜的承托物，是显微镜的主要支撑构件；

（2）镜座：显微镜的显示端的支架，用于稳固显微镜设备。

4. 显微镜的附件

（1）测微鼓飞机械：用来观测目镜放大倍率的装置；

（2）准直镜：用于调整光线的平行程度。

二、显微镜的知识点总结

1. 显微镜的类型

（1）光学显微镜：指用透射光形成放大像的显微镜。透射光显微镜是最早发明的显微镜，它是通过物镜底部有一光源的透镜式显微镜。

（2）电子显微镜：主要包括透射电子显微镜和扫描电子显微镜。电子显微镜即利用电子束替代光束对被测物进行成像和分析的一种高分辨率显微镜。

2. 显微镜的应用

（1）生物显微镜：主要用于观察和研究生物细胞、微生物等微小的生物体。（2）医用显微镜：用于临床医学的病理学诊断，通过显微镜观察病理标本的形态结构。

（3）材料显微镜：用于观察材料的显微结构和组织成分。

（4）学术研究：科学研究人员利用显微镜观察和研究各种微小结构。

3. 显微镜的原理

（1）放大原理：通过物镜和目镜的合作，使被观察物体得以放大。

（2）成像原理：显微镜使用透镜或反射镜将物体的物理像放大到目镜处。

4. 显微镜的调节和使用

（1）焦距调节：通过移动物镜或目镜来实现清晰成像。

（2）曝光调节：用于调节观察物体的光线强弱。

显微镜介绍

显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。显微镜分光学显微镜和电子显微镜：光学显微镜是在1590年由荷兰的詹森父子所首创。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍，分辨的最小极限达0.1微米，国内显微镜机械筒长度一般是160mm。其中对显微镜研制，微生物学有巨大贡献的人为列文虎克，荷兰籍。

显微镜是人类这个时期最伟大的发明物之一。在它发明出来之前，人类关于周围世界的观念局限在用肉眼，或者靠手持透镜帮助肉眼所看到的东西。

显微镜把一个全新的世界展现在人类的视野里。人们第一次看到了数以百计的“新的”微小动物和植物，以及从人体到植物纤维等各种东西的内部构造。显微镜还有助于科学家发现新物种，有助于医生治疗疾病。

发明过程

最早的显微镜是16世纪末期在荷兰制造出来的。发明者是亚斯·詹森，荷兰眼镜商，或者另一位荷兰科学家汉斯·利珀希，他们用两片透镜制作了简易的显微镜，但并没有用这些仪器做过任何重要的观察。

后来有两个人开始在科学上使用显微镜。第一个是意大利科学家伽利略。他通过显微镜观察到一种昆虫后，第一次对它的复眼进行了描述。第二个是荷兰亚麻织品商人列文虎克（1632年-1723年），他自己学会了磨制透镜。他第一次描述了许多肉眼所看不见的微小植物和动物。

1931年，恩斯特·鲁斯卡通过研制电子显微镜，使生物学发生了一场革命。这使得科学家能观察到像百万分之一毫米那样小的物体。1986年他被授予诺贝尔奖。

显微镜结构

光学显微镜由目镜，物镜，粗准焦螺旋，细准焦螺旋，压片夹，通光孔，遮光器，转换器，反光镜，载物台，镜臂，镜筒，镜座，聚光器，光阑组成。

显微镜分类

显微镜以显微原理进行分类可分为光学显微镜与电子显微镜。

光学显微镜通常皆由光学部分、照明部分和机械部分组成。无疑光学部分是最为关键的，它由目镜和物镜组成。早于1590年，荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。光学显微镜的种类很多，主要有明视野显微镜（普通光学显微镜）、暗视野显微镜、荧光显微镜、相差显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、偏光显微镜、微分干涉差显微镜、倒置显微镜。

人眼、光学显微镜以及电子显微镜成像原理、分辨率及其影响因素

文章主要从人眼成像原理入手，逐步介绍光学显微镜以及电子显微镜的成像原理、分辨率和分辨率的影响因素。分三部分作简要说明。

一人眼成像

1 、人眼结构

人眼成像原理图如下，所取的距离为250米，则人眼成像见下图1：

图1 人眼结构原理图

2 、成像原理

自然界各种物体在光线的照射下，不同颜色可以反射出明暗不同的光线，这些光线透过角膜、晶状体、玻璃体的折射，眼球中的角膜和晶状体的共同作用，相当于一个“凸透镜”，在视网膜上形成倒立、缩小的实像，构成光刺激。视网膜上的感光细胞（圆锥和杆状细胞）受光的刺激后，经过一系列的物理化学变化，转换成神经冲动，由视神经传入大脑层的视觉中枢，然后我们就能看见物体了,经过大脑皮层的综合分析，产生视觉，人就看清了正立的立体像。

人的眼睛是个复杂的成像系统，而人的大脑像CPU处理这些图像，让人能在视觉上感知到图像。人眼成像最主要的是晶状体和视网膜。晶状体调整眼睛的焦距是光束集中到富有视锥细胞和视柱细胞的视网膜上，在进行光电（生物电）变化，由视觉神经把信号传至大脑生成图像。人类的目标就是能制造出能过可以和眼睛相媲美的视觉系统，这是机器智能化的关键部分。 3 、分辨率

说及人眼分辨率首先需要知道如下几个概念：

（1）视角：观看物体时，人眼对该物体所张的角度。

（2）分辨角：人眼的分辨角：指刚能看出两黑点时，两黑点对人眼的张角。

（3）分辨力：人眼分辨图像细节的能力称为分辨力，可用分辨角来衡量，分辨角的倒数为分辨力。它也反映了人眼的视力。分辨力还与照度及景物相对对比度有关。

人眼分辨率指的是人眼能够分辨两个相邻的点或者线的能力，通常以刚能被分开的两点或两线与眼睛瞳孔中心所成的张角表示。其最小分辨的距离在0.2mm左右。要观察和分析更小的距离时，就必须借助于专门仪器。观看物体时，能清晰看清视场区域对应的分辨率为2169 ×1213。再算上上下左右比较模糊的区域，最后的分辨率在6000× 4000。

(完整版)材料研究方法

1 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

2019-分享教案-光学透镜的成像原理

材料分析方法——光学金相显微镜

1 光学金相显微术

光学金相显微分析是指利用金相显微镜来对金属及其合金的组织进行观察和分

析。它是广义金相分析的一个重要组成部分。由于后者的含义中并未规定使用的分析工

具，因此它还包括了用肉眼进行的宏观分析以及用电子显微镜等手段进行的分辨率更高

的观察分析。光学金相分析开始于19世纪60年代，100余年的科学时间使她已从一般

的明场观察发展成材料科学领域中一项完整的基本技术，在0.2mm至0.2μm尺度范围

的观察分析中具有不可替代的作用。在本篇中将介绍七个部分的内容，即：光学透镜的

成像原理，金相显微镜，常规金相分析，偏振光金相技术，干涉显微镜，相衬金相显微

镜和定量金相。

早在公元前一世纪，人们就已发现通过球形透明物体去观察微小物体时，可以使其放大成像。

1590年，荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。

1610年前后，意大利的伽利略和德国的开普勒在研究望远镜的同时，改变物镜和目镜之间的距离，得出合理的

显微镜光路结构，当时的光学工匠遂纷纷从事显微镜的制造、推广和改进。

17世纪中叶，英国的胡克和荷兰的列文胡克，都对显微镜的发展作出了卓越的贡献。1665年前后，胡克在显微

镜中加入粗动和微动调焦机构、照明系统和承载标本片的工作台。这些部件经过不断改进，成为现代显微镜的基本

组成部分。

1673～1677年期间，列文胡克制成单组元放大镜式的高倍显微镜，其中九台保存至今。胡克和列文胡克利用自

制的显微镜，在动、植物机体微观结构的研究方面取得了杰出成就。

19世纪，高质量消色差浸液物镜的出现，使显微镜观察微细结构的能力大为提高。1827年阿米奇第一个采用了

浸液物镜。

19世纪70年代，德国人阿贝奠定了显微镜成像的古典理论基础。这些都促进了显微镜制造和显微观察技术的

迅速发展，并为19世纪后半叶包括科赫、巴斯德等在内的生物学家和医学家发现细菌和微生物提供了有力的工具。

在显微镜本身结构发展的同时，显微观察技术也在不断创新：1850年出现了偏光显微术；1893年出现了干涉显

金相检测方法

金相检测是金属材料分析的重要手段，通过金相检测可以了解金属材料的组织结构、晶粒大小、相含量等重要信息，对金属材料的性能和质量具有重要的指导意义。本文将介绍金相检测的一般方法和常用技术，希望能够为相关领域的研究和实践提供一定的参考。

一、金相检测的一般方法。

1. 试样的制备。

金相检测的第一步是对试样进行制备。通常情况下，试样制备包括粗磨、细磨、抛光和腐蚀等步骤。粗磨是为了去除试样表面的粗糙层和氧化层，使试样表面平整；细磨是为了进一步提高试样表面的光洁度；抛光是为了使试样表面达到镜面光洁度；腐蚀是为了显微组织的观察和分析，通常使用酸性溶液进行腐蚀处理。

2. 金相显微组织观察。

金相检测的核心是金相显微组织观察。金相显微组织观察可以通过金相显微镜、扫描电镜等设备进行。在观察过程中，需要注意调节放大倍数、对焦、光源亮度等参数，以获得清晰的显微组织图像。

3. 显微组织分析。

在获得显微组织图像后，需要进行显微组织分析。显微组织分析包括晶粒大小测定、晶粒形貌观察、相含量分析等内容。通过显微组织分析，可以了解材料的晶粒结构、晶界特征、相分布情况等重要信息。

二、金相检测的常用技术。

1. 光学显微镜观察。光学显微镜是金相检测中最常用的设备之一，它具有放大倍数高、分辨率好、操作简便等优点。在金相检测中，通过光学显微镜可以观察到试样的晶粒结构、晶界特征、相分布情况等重要信息。

2. 扫描电镜观察。

扫描电镜是一种高分辨率的显微镜，具有放大倍数大、分辨率高、深度信息丰富等优点。在金相检测中，通过扫描电镜可以观察到试样的微观形貌、表面特征、晶粒形貌等重要信息。

3. X射线衍射分析。

X射线衍射分析是一种非破坏性的材料分析方法，可以用于分析材料的晶体结构、晶格参数、相含量等信息。在金相检测中，通过X射线衍射分析可以了解材料的晶体结构和相含量等重要信息。

以上就是关于金相检测方法的介绍，希望对相关领域的研究和实践有所帮助。金相检测是金属材料分析的重要手段，通过金相检测可以了解金属材料的组织结构、晶粒大小、相含量等重要信息，对金属材料的性能和质量具有重要的指导意义。希望本文介绍的方法和技术能够为相关领域的研究和实践提供一定的参考，推动金相检测技术的发展和应用。