【考古文博公開課】科技考古學概論 西北大學（已附整合版配套課件） P21 - [10.1.3]--第三節文物的顯微分析研究

各位同學 現在我們開始上課 上一節課我們講了第二節內容 也就是文物的形象分析 在文物的形象分析中 我們採用的是紅外照相技術 X攝像技術和中子攝像技術 這些技術在文物中的應用主要是觀察文物的內部信息 哪些信息呢 比如說它受損程度呀 一些隱含的 模糊的文字呀 還有一些其他的信息 這些信息的顯示 為我們文物研究提供了更多的 更廣的 更進一步的研究 我們為了對文物進一步的觀察 比如說內部的一些信息的觀察 那就涉及到文物的顯微分析 顯微分析也就是文物的微觀結構的觀察 所以說在文物中常用的這種微觀結構也是不可或缺的 因為我們通過對文物微觀結構的觀察 能夠為人們提供直觀的結構信息 這種信息不僅直觀 而且更加真實 使人們看起來更真實可靠一些 顯微分析我們要進行觀察 那觀察我們採用什麼呢 採用的是顯微鏡 顯微鏡自它誕生以來 最初是用在生物學領域 後期它的應用領域逐漸拓寬了 在我們文物研究中也用的越來越多 在文物研究中應用的顯微鏡的種類主要是兩大類 一個是光學顯微鏡和電子顯微鏡 那對各自的分類就比如說光學顯微鏡中 光學顯微鏡也是種類挺多的 那麼實際應用有哪些呢 應用較多的我們只介紹三種 一個是體式顯微鏡 一個是偏光顯微鏡 再來就是鏡像顯微鏡 第二大類電子顯微鏡它採用的是電子光束 不同於光學顯微鏡它採用的是光學 那電子顯微鏡應用較多的是什麼呢 就是掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡 那這幾課呢 我們就這五類的顯微鏡給大家做一個注意介紹 首先我們來看一下光學顯微鏡中 第一個是體式顯微鏡 體式顯微鏡呢 由於它結構比較簡單 操作比較方便 所以呢 在各個實驗室呀 還有一些研究單位呢 這是常用的設備 常用的設備 因為呢 體式顯微鏡它可以用來檢查 我們肉眼不能夠清晰確認 或者觀察的顯微特徵 它把我們人的眼睛呢 進行延伸了延伸了 可以看到下面兩張呢 就是我們只選了兩類吧 這種體式顯微鏡的種類也是挺多的 第一個呢是一個SMZ 1500型體式顯微鏡 第二呢是一個泰克體式顯微鏡 這兩個顯微鏡呢 一個是採用的是 數碼相機進行拍照採集圖像的 第二呢是通過連機 就連接了電腦進行圖像的處理和採集 這是我們在工業院中應用較多的 這種類型的體式顯微鏡 體式顯微鏡呢 它的組成還是比較簡單的 剛才已經說過 它主要是用什麼呢 物鏡 目鏡 鏡筒 載物臺 還有一個附加的照明燈 這幾部分組成 顯微鏡最初也就是 這幾部分組成 但是後期隨著技術的發展呢 為了更好的 採集一些圖像呀 我們就配有一些照相系統 比如說剛才所講的 數碼相機 電腦 對吧 這樣呢更方便我們進行觀察 和圖像的採集 那顯微鏡的成像呢 是比較簡單的 比較簡單 一般的光影顯微鏡 在高中之時 我們就講到過 它主要通過 一組 兔頭鏡 兔頭鏡來進行成像 在這裡呢 就不多說了 這體式顯微鏡呢 它主要是提供一個 初步的觀察 它的放大倍數呢 一般是不會太大的 大多在14到40倍之間 40倍到 不等 它主要通過 旋轉物鏡的大小 來進行調節的 在這裡呢 需要說明一點什麼呢 你在進行 圖像採集的時候 你不能通過 目鏡來進行觀察 你必須通過 數碼按鍵呀 或者是 電腦上的這種 清晰度 來進行圖像採集 因為兩個存在一個視覺差 視覺差 是大家需要注意的 其實顯微鏡剛才說過了 它有很多的優點 在我們研究中呢 應用還是挺多的了 它作為初步觀察 你比如說 在青銅中 青銅系研究中的應用 第一張圖呢 是我們利用這個體式顯微鏡 觀察的是一個 青銅鏡的表面的紋飾 可以看到這個 非常精密的紋飾 在肉眼中看到 也是比較小的 看得不太清楚 但是通過體式顯微鏡 我們觀察以後呢 圖像 優美的圖像 優美的紋飾呢 就顯露在大家的面前 看得更清楚了 下面三張圖呢 是什麼呢 是關於青銅器 表面的一些腐蝕情況 腐蝕情況 我們知道青銅器 埋在土壤中以後呢 它會與土壤之間 發生一種化學反應 那青銅器表面呢 就會受到一些腐蝕 像產生了什麼呢 產生一些白色的晶體啊 產生一些紅黃黑綠 等等這種 鏽蝕的產物 這種表面的現象 一般通過肉眼是 比較難以觀察到的 但是通過這個體式顯微鏡呢 那我們就可以清晰的觀察到 通過這個體式顯微鏡 我們觀察這個青銅器表面 不僅可以來判別 或者是識別 這種青銅器表面 受腐蝕的程度 對吧 它受了哪些腐蝕 產生哪些產物 另外呢 它可以給我們提供一個鑑別 鑑別什麼呢 大家知道 現在在市場上 有許多青銅這種紡織的 那紡織為了造就啊 那上面就一些 人為施加的一些鏽 那人為施加的鏽 和自然生成的鏽 還是不一樣的 那通過這個顯微結構呢 就可以看到 進行對比分析 自然生成的鏽 和人為施加的鏽 那我們來進行 青銅器真偽的鑑別 這呢還應用還挺多的 應用比較多的 還有什麼呢 陶瓷器中 這兩張圖是 利用體式顯微鏡 觀察的都是瓷器的右面 第一張圖呢 就是觀察 較重要青瓷右面的氣泡 通過體式顯微鏡的觀察呢 我們可以看到 它氣泡的分佈的情況 以及氣泡的大小 氣泡的大小 第二張圖呢 是送在軍窯的 正面到底面 過渡的顯微照片 送在軍窯呢 在我們陶瓷發展史中呢 就是古代陶瓷發展史中 佔據重要的地位 可以看到這個 明顯的流油現象 另外呢 它只是呢 底部沒有石油 只是在上面石了一些油 可以看到它這種過渡的現象 過渡現象 這種觀察呢 為我們提供了一些 就是說 更準確的 而且更微觀的觀察 更微觀的觀察 延伸了我們的肉眼 體式顯微鏡 這個觀察的樣品呢 一般來說 我們不需要處理 只要這個樣品 比較乾淨 拿到載物臺上 能夠放下去 我們就可以觀察 但有些時候呢 我們要進行樣品的處理 你比如說 我們要觀察 陶瓷這個斷面的 右層裏面的 氣泡呀 還有一些 胎油之間的 這種界面之間的 情況 那我們進行樣品處理 那樣品處理 怎麼做呢 你就是把 這個陶瓷樣品呢 做一個斷面 斷面進行切割 切割割以後 然後用 割粉 或者是絨布 進行打磨 也就是說 進行拋光 拋光過以後 然後我們纔可以拿到 體式顯微鏡進行觀察 你比如說 這是一張 關於 陶瓷的 一個斷面的觀察 斷面的觀察 通過拋光以後呢 可以在 體式顯微鏡觀察到什麼呢 觀察到 英雄武力的一些氣泡 分佈情況 還可以看到 胎油之間的錫金層 看到胎的 大致情況 真的給我們提供一個 初步的觀察 在這裡需要說明什麼呢 你在進行體式顯微鏡 觀察 測量的時候 你要注意記下 它的放大倍數 記下它的放大倍數 它的放大倍數呢 相當於 它的 物件 乘以 它數碼顯示出來的 倍數 這個倍數 你一定要記清楚了 像我這上面也標了一些 它的標尺 標尺 知道呀 以後在進行 顯微觀察的時候 圖像採集 一定要注意記下 它的放大倍數 不僅在青銅陶瓷 英雄較多 而且在別的領域 一些 土壤呀 還有一些 預期呀 等等觀察 用的都較多 在這裡呢 我就不多 注意介紹了 只是介紹英雄較多的 給大家做一個 參考吧 第二個英雄比較多的 就是什麼呢 就是偏光顯微鏡了 偏光顯微鏡了 偏光顯微鏡 它是依據 波動光學的原理 觀察 和精密測定 標本 細節 或透明物體 改變光束的物理參數 以此 判別物質結構的 一種顯微鏡 偏光顯微鏡呢 其實也用來進行 炎相分析的 炎相分析 我們知道呀 自然界中有 形形色色的礦物 這些礦物呢 有許多的礦物晶體 那這種礦物晶體呢 它有自己特定的晶體結構 這些特定的晶體結構中呢 在光學顯微鏡下呢 它會顯示出 不同的光學性質 你比如它顯示的 多色性呀 二色性呀 這種顏色的變化 等等 那我們通過這種 特殊的 晶體的 光學性質 我們就可以利用 這個偏光顯微鏡呢 來進行觀察 判別 它是哪一種礦物晶體 哪一種礦物晶體 也就是判別 物質結構 這呢 是一個型號為 XR SHARP40的偏光顯微鏡 這是我們在 我們西北大學的 地質系 地質系中的一個偏光顯微鏡 偏光顯微鏡的成像原理呢 和常規的光學顯微鏡呢 基本相似 它所不同的就是什麼呢 它在光路中插入了兩個偏光鏡 偏光鏡 一個在載物臺的下方 稱為下偏光鏡 它是用來產生偏光 過幽層起偏鏡 另一個是在載物臺上方的鏡頭 鏡頭內 稱為上偏光鏡 那上偏光鏡 它是被用來檢查偏光的存在 過幽層減偏鏡 為什麼要進行 加入這兩個 起偏鏡和減偏鏡呢 為了是 下面我們進行介紹 裝有兩個偏光鏡呢 這是偏光振動方向 是互相垂直的一對偏光鏡 它稱為振角偏光 我們知道光呀 它自然光 有連續光有偏光 那偏光呢 就是它各個方向的振動 是不一樣的 那我們為了 觀察 這種晶體結構呢 就是要一個在 偏不同的偏光下進行觀察 那比如第一個就是振角偏光 振角偏光 也就是說 使入受光分解成振動方向 互相垂直的兩條線 偏振光 線偏振光 其中一條呢 被全反射 另一條產生入射 那產生了振角光和單偏光 它會產生什麼的效果呢 下面繼續介紹 振角偏光 近年無樣品 或有各項同性的晶體 樣品時候 你比如說玻璃呀 還有振角晶 立方晶體呀 這些 物質的存在呢 適於 完全是一種黑暗狀態 適於是一種黑暗狀態 但是當 這個樣品 有各項異性的時候 就樣品 出於各項異性的時候 那麼光波 入射時的 就會發生雙折射 那通過偏振光的相互干涉呢 就會得到 接近我們的寸度 就顯示出 不同的光學特徵 那這種不同的光學特徵呢 我們就可以來鑑別 到底屬於哪種礦物 它的礦物類型 就進行物質 呃 影像分析了 偏光顯微鏡的 樣品呢 我們需要進行初步處理一下 初步處理一下 那怎麼進行處理呢 它的製備和觀察 也就是說 將帶色樣品進行清洗 乾燥後 選擇合適的截面 用金剛石刀片呢 進行切割 使它變成厚約 5毫米的薄片 把它粘貼到 這個玻璃窄片上 再經過出 粗細不同的這種 磨料呢 進行拋光 製成厚約 0.03毫米的光薄片 然後呢 把這光薄片 大家見過生物晶片嗎 跟它相類似 至於偏光顯微鏡呢 就可以直接進行觀察了 通過這種 正焦光和單偏光呢 來識別樣品的 礦物組成 偏光顯微鏡呢 在生物中 呃 在文物研究中應用呢 也是挺多的 你比如說在陶瓷中 我們知道呀 我們古代 有許許多 許許多的陶片 陶器對吧 那陶器 由於在不同的地方 它選料不同 它就地選土嗎 選料不同 而且呢 它在燒製工藝也不一樣 那麼我們來觀察 它內部的胎製結構呢 就是觀察它內部的 礦物結構呢 我們就可以進行 初步判斷 這個陶器的 裏面的燒製工藝的情況 你比如說溫度高低呀 再一個就是它的 原料的來源呀 可以做一個 初步的判別 你比如說像我們這個 圖上顯示的 這兩張圖片 可以看到兩張圖片 燒製工藝是存在著 差異的 在第一張呢 可以看到 大的顆粒的晶體 比較少 後面呢就有一個 很大的顆粒存在 可能說燒製溫度 存在一個差異 再來就是 它的原料 很有可能存在差異 你比如說前面的石英較多 後面呢 可能纔有些常識 這呢 在文物研究中 特別是陶器研究中呢 應用較多的 在磁技中也有應用 這呢是 觀察鈾裏紅的 鈾裏紅的一個偏光照片 偏光照片 可以看到 鈾裏的這種通紅鈾 這個顏色分佈情況 分佈情況 剛才介紹的是 啟示顯微鏡和偏光顯微鏡 現在呢 我給大家介紹一個案例 就是說這是一個 發表在電子顯微學報上的一個 關於 星爻 定爻 拱爻 白磁顯微結構的一種 類觀結構的觀察 文章 現在給大家做個介紹 它主要是利用一個 啟示顯微鏡和偏光顯微鏡 對星爻 定爻 拱爻 有17片樣品的白磁顯微結構 進行了觀察 首先呢 觀察的是星爻 可以看到 在啟示顯微鏡上呢 星爻 鈾是比較透明的 只有含有少量的大的氣泡 在鈾之間呢 存在一個錫金層 而鈾呢 鈾呢 是一個潔白的 緻密的 在 偏光顯微鏡下 可以看到第二張圖片 這是在偏光顯微鏡 正焦光下 可以看到 裏面含有些 少量的衛戎晶體 白色的那種衛戎晶體 還有些條狀的和片狀的 鈺母片 另外呢 我們觀察到什麼呢 可以觀察到 鈾之間 有一層明顯的錫金層 這是一層柱狀的錫金層 而且在柱狀的錫金層 靠近 鈾層底部呢 還有一些針狀的錫金 針狀的錫金 鈺 在啟示顯微鏡下 可以觀察到 鈺這個白色 那個鈾層呢 呈透明或半透明狀態 裏面呢 有一些氣泡分佈 還有一些呢 白色的衛戎顆粒 這白色的這種衛戎顆粒 是什麼呢 在偏光顯微鏡下 可以觀察到 它是一些衛戎的晶體 衛戎的晶體 在這個胎呢 也是一個潔白緻密的 但是在胎鈾之間呢 我們沒有發現 這種錫金層 錫金層 在啟示顯微鏡 在偏光顯微鏡下呢 我們可以看到 胎內 有大量的這種 針狀的晶體存在 在胎鈾之間的界面呢 有一些針狀的晶體 這種針狀的晶體 是怎麼產生的 可能是由於 胎內的生成的 針狀晶體呢 在靠近右層底部呢 延伸到了 右邊去了 延伸到右裏去了 拱腰 拱腰的樣品呢 它說分成兩類 一類呢 是分成了 石油化妝圖的 一類呢 是沒有石油化妝圖的 可以看到第一張呢 這是唐代早期的 石油化妝圖的 這啟示顯微鏡呢 可以明顯地看到 這厚厚的一層 潔白的化妝圖的存在 證証呢 是比較透明的 化妝圖呢 是人為施加的 是為了掩蓋 塑造了胎 腿肉面 肉的質量的影響 有些化妝圖呢 在啟示顯微鏡啊 我們能夠觀察到 因為它和胎之間的顏色 反差比較大 但有些時候呢 我們觀察不到 為什麼呢 因為化妝圖一般來說 我們的選擇都潔白的 和胎顏色比較接近的 所以說呢 在啟示顯微鏡呢 你觀察不到 但是在偏光顯微鏡 我們就可以觀察到 為什麼呢 因為偏光顯微鏡下 化妝圖它比較緻密 而且裡面的一些 未溶顆粒呢 比較少 可以看到下面兩張圖片 第一張呢 是關於化妝圖的 偏光顯微鏡照片 下面的是 後面一張呢 是關於胎的顯微照片 可以看胎內 含有一些大的 未溶的晶體顆粒 還有一些深色的岩屑 深色的岩屑 使胎和化妝圖之間 存在一個顏色反差 所以有的能看的 有的不能看的 通過兩方面 一個是顏色差異 第二就是它的緻密度 來進行界別 拱搖帶的這個白色呢 還有另外一類 就是沒有使用化妝圖的 沒有使用化妝圖的 它這上面說什麼呢 在啟示顯微鏡上 可以看到 右層是透明的 胎呢 也是潔白緻密的 在胎右之間 有一個細菌層 在偏光顯微鏡下 可以看到 胎內的未溶晶體 非常的少 但是呢 胎右層一些少量的 條狀的這種雲母片 雲母片 在胎右之間呢 它也有一個細菌層 但是細菌層 它不同於心搖 可以看到 它主要是由於 症狀的晶體組成 另外呢 有些症狀晶體呢 也是延伸到了 舊層底部了 通過啟示顯微鏡 和偏光顯微鏡觀察 它得到什麼結論呢 得到說 與心搖 拱搖不同的是 定搖白磁 沒有明顯的 蓋藏式細菌層 心搖白磁呢 細菌層中的晶體 形態為板柱狀 而鄰近 細菌層的右層處呢 發育有大量毛髮狀的 蓋藏式重生晶體 而拱搖白磁呢 它的形態 就是晶體 形態呢 是一個短症狀的 僅有少量的 毛髮狀蓋藏式晶體 延伸至右層內了 那細菌層晶體 形態的差異呢 它暗示了 致此原料 特別是就料配方 和燒料工藝的不同 對於化妝土 它是為了掩蓋 較深的 胎色較深的 或者粗糙的胎料 對雌性的影響 所以這化妝土呢 只是一種人為施加的 一種獨特的工藝 定搖呢 它胎內發育有大量的 莫萊什症狀晶體 胎症呢 細膩緻密 微容晶體顆粒比較少 而形搖和拱搖 白色胎內呢 它都有一些淺黃色的 殘留的雲母礦物 它另外得到一個什麼結論呢 就是說 形搖定搖和拱搖 白色的色度上 這種差異 因為顏色呢 雖然都潔白 但是可能說 存在一定的差異 這種差異呢 應該是與 它的顯微結構 顯微結構 就是說 雌幼 過多層的顯微結構 再一個就是 雌胎和化妝土的顏色呢 有一定的聯繫 它的外觀顏色應該是 由於幼色 與胎 或者化妝土顏色呢 以及細晶層慢反射 共同作用的那種低壓結果 這呢 是我們介紹了一個案例 就是利用 上面所介紹的 歧視顯微鏡和偏光顯微鏡 來進行陶瓷中的研究 來陶瓷研究 第三個光學顯微鏡呢 就是鏡像顯微鏡 鏡像顯微鏡呢 是我們來進行鏡像分析 來去觀察 研究金屬顯微結構 金屬顯微組織的 最基本的儀器 鏡像分析呢 它最初是於20世紀60年代 它是指 通過對金屬文物 顯微組織的分析 來研究金屬文物中 合金的生成 冶煉 膠著 以及加工工藝等信息 下面 就是型號為CMM31 鏡像顯微鏡 這個鏡像顯微鏡呢 是和電腦先連接的 先連接的 可以進行圖像的採集 圖像的採集 鏡像顯微鏡呢 它的結構呢 跟光學顯微鏡 比較接近了 只不過它複雜在什麼呢 它的光源系統 光源系統呢 相對較為複雜一點 大家可以看一看 這是4X型的 鏡像顯微鏡的機械結構 和它的光源系統 大家觀察一下 觀察一下 我們知道 在我們的考古研究中 會經常出現一些金屬 金屬 比如說 金銅器 金銀 鋼鐵 鐵器等等 那麼這些合金文物 以及 其他 非金屬 與鋼鐵製成的文物 金屬呢 它的冶煉 加工工藝 如果存在差異的話 那麼它們的 鏡像結構 也是不同的 任何金屬製品 在鑄造過程中呢 因工藝 會具有塑形 變形 方向 它這種 鏈狀的金像呀 形變的金像呀 和熱處理的金像 那麼金像分析呢 就是利用此特徵 藉助於 金像顯微鏡 來對金屬文物進行切片 在金像顯微鏡下 對它的內部組織 如精力 精力邊界裂分呀 細處等現象 進行觀察 這樣呢可以提供樣品 在製作時的 冷熱處理信息 另外呢 將樣品的金像 與一支的 鑄造金像 來進行比較 從而判斷 樣品是鑄造 還是鑄建 進行加工而成的 來研究 古代金屬的這種 加工工藝 大家看一下 這兩張呢 是我們 這是 北大文博學院的 陳建利老師 所研究的 北漂 蠟馬洞 出現的這種 鐵碴和鐵繃的 這種金像 金像照片 可以看到 這兩個金像照片 存在一個 明顯的差異 第一張呢 它是一個 過公斤的 白骨鐵製成的 那後面呢 是一個黑心 韌性鑄鐵 所製造的 這種鐵器 使用工具 可以看到 在這金像顯微鏡 存在明顯的差異 明顯的差異 那金像顯微鏡呢 我們進行分析 利用這個金像顯微鏡 來進行 金像分析的時候 我們金像面 進行處理 主要分為 這幾大步驟 第一步呢 就是金像 實際上的切割 第二步是 金像實際上的鑲嵌 第三步是預磨 第四步是拋光 第五步是觀察 第六步就是分析了 它各自使用了 不同的設備 大家可以看一看 第一個呢 是切割機 第二呢是鑲嵌機 第三個是預磨機 第四個是拋光機 第五個呢 就是偏光顯微鏡 來進行觀察 第六個就是我們 所得到的 金像圖 來進行分析了 現在呢 給大家做一個案例介紹 這圖呢 是北京科技大學 韓汝芬等人 做的一些 關於中國古代銅器的 金像顯微鏡照片 因為這個文章呢 圖片比較多 比較多 它是選擇了中國 各個地方 不同地方的 不同 製造工藝的 你比如說 是經過加工的 還經過鑄造的 這種 不同工藝的 這種 處理過的這種銅器 進行觀察了 它的金像照片 現在我只是選擇了 這幾張 總共呢 是有 12張照片 選擇其中的一部分 只是給大家說明一下 這是呢 是觀察它的鑄造組織 鑄造組織 可以看到 不同地方的 不同類型的這種 工具 或者這種器具 它的鑄造工藝呢 鑄造組織是存在差異的 差異呢 這兩篇文章呢 大家可以去搜索一把 可以自己再看一看 因為圖片比較多 在這呢 就不多 注意介紹了 注意介紹 下面用的比較多 就是什麼呢 電子顯微鏡了 為什麼要用電子顯微鏡呢 因為電子顯微鏡啊 它能更進一步延伸 光影顯微鏡 不能夠觀察到的現象 不能觀察到的現象 它增加了放大倍數 放大倍數 它與光影顯微鏡不同的 剛才已經說過 它採用的是一種電子樹 採用的是一種電子樹 作為一種照明光源 首先我們來看一下 掃描電子顯微鏡 這就是我們可以常見的一些 常見的一個掃描電子顯微鏡 掃描電子顯微鏡 它呢 和電腦可以連線 在電腦上呢 可以觀察到它的一些結構 我們知道呀 它採用的是電子樹 作為照明光源的 那電子樹 照射到這個樣品上以後呢 它會產生一種相互作用 它產生的作用呢 是不同的 電子樹 打到樣品上以後呢 它會產生不同的信號 它會產生 透射電子 吸收電子 惡性電子 二次電子 被散射電子 和特徵X光線 這呢是由於 入射電子樹呀 和樣品之間發生了相互作用 所產生的這些 信號 那這些不同的信號 可以提供 不同的信息 你可以看到 各種訊號 成像的分辨率和應用 這是大家觀察一下 那麼對於掃描電競 它利用的是 哪一種成像信號呢 它利用的是一種 二次電子 它成的是一個 二次電子像 那現在呢 我們來觀察一下 來看一看 掃描電子顯微鏡的原理和成像 由電子牆 發射一定能量的電子 以及交叉板 作為電子源 經二極聚光鏡 及物件的縮小 形成具有一定能量 一定束流強度 和束板直徑的 微細電子樹 在掃描線圈的驅動下 與適量表面 按一定時間空間順序 做篩網式的掃描 聚焦電子樹 與適量的相互作用 就產生了二次電子發射 二次電子發射量 隨適量表面形貌變化 二次電子信號 被探測器收集轉化成電訊號 經視頻放大後 輸入到顯示 顯像管進行刪減 喬治與入手電子樹 同步掃描的顯微管亮度 我們就可以得到 反映適量表面 形貌的二次電子相 所以電子顯微鏡 它主要都是觀察的 二次電子相 對於常用的 掃描電子顯微鏡的結構 主要由下面幾部分組成 一個是電子光源系統 掃描系統 還有一個信號檢測系統 顯示系統 電源和真空系統 右邊這張圖 就顯示了掃描電子的工作原理 和它一些常見的結構系統 大家進行觀察一下 大家可以先看一看 利用掃描電影來進行 文物研究的時候 要把樣品進行 對樣品有一定的要求 它要求樣品什麼 第一樣品必須是固體 快漲的粉末也行 要求將樣品表面要乾淨 對於如果含水的樣品 必須先進行脫水 防止樣品因脫水而變形 第二個 樣品的尺寸你不能過大 你必須能夠放入到 它的一個樣品臺 它一個實際上的樣品室 所以說對於樣品的尺寸 有一定的限制 它不能太大 如果太大的話要進行切割 再一個就是說 由於呈的是二次電子相 是電子束與 樣品之間的相互作用結果 所以說這個樣品必須要導電 必須要導電 也就是說樣品要有 良好的導電性 那對於導電性差的樣品 怎麼辦呢 你比如說陶瓷植物編織物等等 那怎麼辦呢 那我們可以進行 噴塗導電層來進行處理 也就是說 我們通常噴射一些 二次電子發射係數較高的金銀 或者是碳膜 做一個導電層 來噴在這個樣品的端面 但是這個膜的厚度 就導電層的厚度 不能太厚 它一般控制在20納米左右 20納米左右 這是電子掃描電競 需要進行導電性 有些時候要進行樣品要求 掃描電競 它有許多的優點 第一點 實際上的製品相對比較簡單 它只要把一個端面 能夠具有導電性就行 它可以觀察實際上表面的形貌 或在其表面幀度 或者建設上一層導電薄膜 它並不改變原有的形貌特徵 並不改變原有的形貌特徵 這也是我們觀察 研究樣品所必須的 你不能改變它的原貌 第二點 它的放大倍數 在幾十倍到幾十萬倍的範圍內 可連續調整 圖像的清晰度也比較高 光源顯微鏡 它的放大倍數還是比較小的 最多要幾百倍 第三 掃描電競的景深比較長 視野比較大 它成像的立體感是非常強的 還看到是一個立體的圖像 可以直接觀察到粗糙表面上 起伏不平的這種微細結構 第四點 掃描電競的分辨率比較高 我們知道普通人眼的分辨率 只有0.1到0.2毫米之間 而對光源顯微鏡 它的最大觀察是什麼呢 0.1到10的乘以10的負3次方 到0.2乘以10的負3次方毫米之間 它分辨率比人眼又高了一些 而掃描電競的分辨率 可以達到10納米以下 10納米以下 大家可以想象 它觀察這個細微結構 有多小 最後一點是什麼呢 因為掃描電競的實驗室的空間相對較大 可以較方便的配備拉伸 彎曲 加熱等實驗座 便於對實驗進行動態的分析 還有一點 它與X能譜微區分析 以及電子檢測等儀器進行結合 就是聯合別的一些成分分析的儀器上面 它不僅可以觀察到微觀形貌 而且可以對樣品的化學成分 以及晶體結構進行綜合分析 不僅數據它的形貌 還可以查一些元素的分佈 就它成分分佈的情況 所以說這也是一個非常大的優點 非常大的優點 但是需要說明的是什麼呢 掃描電競做的成分分析 它是一個半定量的數據 只能做一個參考 但是它做一種元素分佈模式 比如說陶瓷中的 從鈾到鈦這種元素的這種分佈模式 可以看一看 還是比較方便的 正因為掃描電競有這麼多的優點 所以說在文物研究中 還是比較廣泛的 掃描電競可以對樣品進行圖像觀察 和晶體結構的分析 掃描電競可以研究 骨陶瓷的表面形狀 精力大小 及相互結合的狀況 以及樣品內氣孔的形狀分佈 玻璃化程度並進而推斷燒解溫度 它還可以研究金屬文物的微觀結構 和金屬文物腐蝕的原因 還可以研究古代植物 石器工具 獸骨頭 牙齒 古代衣物等等 觀察這些物品提供立體圖像 一般來說 在實際工作中 考古工作者 常常將這種掃描電競 與其他方法進行結合 其他方法進行結合 相互驗證 一般掃描電競 與電子探針的共用 或者X檢測 原子吸收制服的這種聯用 使我們得到的信息更多 現在也給大家介紹一個案例 這是中國科學技術大學 分敏傅教授 利用掃描電競觀察乳磁的一項工作 乳磁在我們陶瓷發展史中 在宋代 大家知道 在宋代有五大名藥 關閣菌乳錠 還有一個乳藥 這個乳藥 可以看到 它的釉是非常特殊的 在下面的 左下角這張照片 是在體制顯文件進行觀察的 體制顯文件進行觀察的 可以看到 就那些氣泡 可以看到一些 透明的玻璃狀的層 你看 還有一個就是 有些絮狀的藍色 絮狀的藍色 這是怎麼產生的 它就是利用掃描電競進行觀察的 在這裡需要說明一點 掃描電競進行觀察這種 由於體制顯文件已經拋光過以後了 它觀察的是觀察不到的 所以我們要用氫氟酸進行處理 進行處理一下 使它形成突凹不平的界面 便於電子樹和樣品進行作用 使它產生這種高低不同的 這種信號 使它那個形貌纔能夠顯示出來 這個還要說明的是什麼呢 由於掃描電競 它是電子樹和樣品之間的相互作用 它是沒有顏色差異的 你在掃描電也看到都是一個顏色 都是灰度 都是黑白色的 而我們觀察只有顏色 那為了觀察這不同區域 你在下面掃描電不一定找到 那怎麼辦呢 所以說你在體制顯文件下 你必須先去找到一個特徵的觀察區 特徵觀察區是什麼意思呢 你就在你要觀察的區域內 有一個特徵的標誌物存在 你比如說我到城市裡去玩一樣 我要找一個標誌性的建築 我知道這個地方 看這個建築物就知道到了這個地方 那同樣道理 在觀察的時候 我也要先去找到一個標準的 一個特殊的這種標誌物 你比如說大的氣泡呀 一個大的氣孔呀 對吧 找到這個特徵情況以後 然後把它放到掃描電影下進行觀察 這樣纔是我們快速的 找到我們所要觀察的這種對象 就在那個區域 它通過掃描電影可以觀察到什麼呢 可以看到 它就是透明的層 透明層 它是一個玻璃質的 玻璃質的 是一種透明的 而在那個藍色的區域是什麼呢 就序狀藍色區呢 它有大量的錫金 大量的錫金 可以看到是一些 產生的錫金所造成的這種 藍色的狀況 這呢 就是利用掃描電影 在陶瓷中研究 來進行觀察它的形貌 這是掃描電影 再一個應用比較多的 電子顯微鏡是什麼呢 就是透視電子顯微鏡 透視電子顯微鏡 可以看到 這就是我們見到的 透視電子顯微鏡的形貌 大家看一看 透視電子顯微鏡呢 它的原理和成像 是怎麼一回事呢 透視電子顯微鏡 它是以波長很短的電子束 做照明光源 用電磁透鏡聚焦成像的一種 具有高分辨本領 高放大倍數的電子光學儀器 透視電子顯微鏡呢 它的組成 主要有下面三大部分 一個是電子光學系統 一個是真空系統 還有一個供電系統 這三大部分組成 在透視電子顯微鏡中 物鏡中間鏡透鏡 它是以積目方式成像的 也就是說 上一透鏡的像 就是下一透鏡成像時的物 知道懂嗎 上一物鏡成的像 就變成了下一個 透鏡成像的物 也就是說 上一透鏡的像平面 就是下一透鏡的物平面 這大家學習 在光學 透透鏡成像的時候 尤其學到那種透透鏡組 透鏡組成像的時候 我想給大家做了 已經做了介紹 通過這種積目成像 纔能夠保證 經過連續放大的像 最終像是一個清晰的 是一個清晰的 那電子 透視電子顯微鏡 它的成像 可以分為兩個過程 一個是平行電子束 與樣品作用產生 演射束 經透鏡聚焦後 所形成的各級演射譜 也就是說物的信息 通過演射譜呈現出來 第二是通過各級演射譜 發射出的波 通過干涉 重新在相面上形成 反映樣品的特徵的像 它是通過兩個過程 來進行成像的 右邊呢 這是一個 透射電子顯微鏡的 成像原理圖 以及它的一些結構 大家看一看 在這也不多做介紹 同樣的 透射電子顯微鏡 它對樣品要求 有以下幾點 第一 它要求樣品的上下底面 應該大致平行 就是樣品的上下底面 應該大致平行 再一個呢 就是它的厚度非常薄 非常薄 不像有電子掃描電機 拿一塊樣品放上 就可以進行觀察 它的厚度一般要求在 50到500納米之間 所以它進行 對樣品進行減薄 再一個要求 表面進行清潔 必須乾燥乾淨 厚度要為了達到 在50到500納米之間 進行減薄 我們就涉及到 有大塊實際上置備 薄膜 我們可以經過 下面三個步驟 來進行操作 第一 首先利用砂磷片 金屬絲 或用電火花切割方法 切取厚度小於 0.5毫米的這種薄片 就是把你樣品 首先初步切取 切取0.5毫米左右的 第二步然後用什麼呢 用鏡像砂紙進行研磨 把薄片 減薄至 0.5毫米 到0.05毫米左右的薄片 這種方法可能會 嚴重發熱 或形成硬粒 使樣品受到影響 為此各採用化學拋光法 化學拋光法 不要用這種 鏡像砂紙進行研磨了 它利用一種 化學處理方法 來進行拋光 它這種方法 可以特點就是什麼呢 可以用於陶瓷 這種不導電的樣品 不導電的樣品 就是說 可以用鏡像砂紙 來進行打磨 最後呢 就是說 用電解拋光的方法 來最終進行減薄 用電解拋光 這是化學處理了 在孔洞邊緣呢 獲得厚度 小於500納米的薄片 那薄片製成以後 我們就可以放到 透視電子顯微鏡上 進行觀察了 透視電子顯微鏡呢 在文物研究中的應用呢 也是比較廣泛的 它主要是在文物分析中呢 應用的體現在 在文物的材質分析 以及保護材料 和文物間的反應考察 這一方面應用呢 是比較多的 比較多的 它主要是通過 備測樣品的電子演射圖 來鑑定樣品的 它所獲得的演射花樣呢 對多晶 它是一個一系列的 半徑不同的 同心的演射環 對單晶呢 則是一系列 規則排列的演射半徑 你比如說 下面的這幾張圖 可以看到 對單晶 它形成的是一種 演射花樣 而對多晶呢 它形成則是什麼呢 則是一個演射環 大家可以看到 這是一個演射環 這呢 也是通過 它所形成的 這種圖譜 圖譜 來進行分析樣品 以上呢 我們介紹了 在我們文物研究中 對樣品進行 微觀結構觀察和研究的 一些常用儀器 光影顯微鏡和電子顯微鏡 在電子顯微鏡中呢 我們介紹了呀 體質顯微鏡 偏光顯微鏡 和鏡像顯微鏡 在電子顯微鏡中呢 我們介紹了 掃描電競和吐舌電競 這些呢 是在我們文物研究中呢 是常用的 分別對這個 五種顯微鏡呢 它的成像原理 它的大致結構 它的應用範圍 它的應用 做了介紹 另外呢 給大家做了一些 案例分析 希望大家呢 在你以後遇到這些 遇到這些文物的時候 我要去研究 我要觀察它的顯微結構 你要想到 我所介紹的 這種觀察儀器 觀察儀器 這是我們這幾個所講的 一些主要內容 下面呢 給大家佈置一些思考題 第一個呢 是在文物研究中 常用的光學顯微鏡 種類有哪些 如何利用 這些光學顯微鏡 來進行文物研究 第二問題呢 就說掃描電子顯微鏡 和吐舌電子顯微鏡 有何差異 就有何異同點 那掃描電競 在文物研究中 有哪些應用 這是兩道思考題 當然呢 根據這幾個所介紹的內容呢 做一個總結 做個總結 大家可口做一做 來可口做一做 現在大家把這思考題記下去