光学显微镜与电子显微镜的关系

------有益的互补，并非恶意的竞争；宏观、微观的相对性

 

G. Vander Voort，在《Metallography - Principles and Practice》-（ASM，1999）中提到：

 

Although numerous sophisticated electron metallographic tools are now available to an investigator, the light microscope remains the single most important device. While the transmission electron microscope（TEM） and the scanning electron microscope （SEM） overcome two of the most important limitations of the light microscope, namely resolution and depth of field, they have not reduced the importance of the light microscope. Indeed, the limitations of the TEM and the SEM are the strong points of the light microscope and vice versa, so that the light and electron microscopy techniques are complementary rather than competitive.

尽管现在一位研究人员可以使用许多尖端的电子金相设备，但是，光学显微镜仍然是最重要的单一设备。虽然透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（ SEM ）克服了光学显微镜的两个最重要的局限，即分辨率和景深，但是，他们并没有降低光学显微镜的重要性。事实上，透射电镜和扫描电镜的局限性正是光学显微镜的长处，反之亦然。从而，光学和电子显微镜技术是互相补充，而不是相互的竞争。

 

 

       另外，所谓的“宏观”、“微观”，是相对概念。因此，即使是在利用可见光作为光源的观察范围内，还要继续区分“微观”、“宏观”的尺度。也就是说，相对应显微镜的“微观”，还有目视、低倍放大镜以及体式显微镜级别的“宏观”。因此，G. Vander Voort才会又说：

 

In any study of materials, the wisest procedure is to start on the macroscopic level before proceeding to microscopic and submicroscopic detail. Simple visual examination, perhaps aided by special print techniques and macroetching, should be the prelude to low-power, medium-power, and finally, high-power observation. In this way, the normal and abnormal characteristics can be discerned and held in proper perspective.

 

在任何材料的研究过程中，是从宏观层面进行微观和亚微观的细节之前，最明智的过程。简单的目视检查，也许需要借助于特殊的印痕技术和宏观蚀刻，应该是低倍率，中等倍率，最后，高倍率观测的开始（序幕）。以这种方式，可以识别出正常和异常的特征，同时，把握进一步分析的正确方向。

 

在学校里，如果设置“材料显微组织结构分析实验室”的话，电子设备、光学设备是在一起的。

 

中国科学技术大学的实验室硬件[1]真是让我“流口水”；不过，体式显微镜的“高分辨率”不知何意，是不是“拷贝”得过于随意了？

 

参考资料：

[1]  http://engilab.ustc.edu.cn/yqsb/201111/t20111107_123814.html  样品制备与显微分析实验室

中国科学技术大学工程与材料科学实验中心样品制备与显微分析实验室采用先进的样品制备理念，由我校与司特尔斯共建。实验室通过引进由司特尔斯公司提供的精密样品制备设备和技术，以及蔡司公司提供的代表国际先进水品的显微分析设备，使中国科学技术大学固体材料样品制备和显微分析水品上了一个新台阶，实验技术达到国际先进水品。

实验室拥有的主要设备：

精密切割机Struers Accutom-5：速度可调式精密切割机，采用LCD显示，触摸屏控制方式，电子进刀速度控制装置实现自动化进料。进刀速度0.005-3毫米/秒，定位精度5微米，切割转速300-3000转/秒可调，最大切割长度30mm。可以对金属、电子元件、陶瓷、复合材料、晶体、硬质合金、矿物、纤维增强材料、生物材料（齿、骨）进行精密的无变形切割。

热压镶嵌机 Struers CitoPress-10：先进的可编程单模镶样机，带全过程控制和内置数据库，内存多种材料或树脂的所有镶嵌数据，热压参数可由实际镶样摸直径自动设定或用户自己设定。可保存20种镶样工艺方法，六种镶样尺寸自由更换，最大镶样直径达50mm，具有高质量的可靠性、稳定性和持续工作能力。适用于所有材料的热镶装置。

真空冷镶嵌机 Struers Citovac：真空冷镶嵌机由一个坚固的紧凑型金属控制箱和一个圆柱形PVC镶嵌室组成。浸渍液可以计量控制，可同时浸渍和镶嵌多个试样（采用25mm直径镶嵌模时，一次最大可镶嵌9个试样），无有害气体释放，清洁环保。具有高质量的可靠性、稳定性和持续工作能力。专用于多孔材料镶嵌和浸渍的真空浸渍装置，也适用于将试样黏贴到载片上制作薄片试样。

自动全程控研磨抛光机 Struers Tegrapol-11：是一种结构牢固、性能可靠、功能强大的单盘双转速研磨抛光机，其柔性的模块化系统，用户可根据具体情况选择每个模块单独使用，也可以和其他多个模块一起组合试样；用户还可以按需求扩展和修改模块。操作界面友好、直观，工艺编制和参数修改方便，可预存100研磨抛光工艺，一次可同时研磨抛光3只标准镶嵌试样，研磨抛光过程全部程序控制，排除了制样人员技术水品差异对样品制备效果的影响。适用于各种材料微观结构分析试样的制备。

电解抛光机 Struers Lectropol-5：是一种微处理器控制的金属试样电解抛光和刻蚀自动装置。独特的内置扫描功能，可迅速确定合适的电解抛光参数，内置安全装置和数据库，储存了多种材料的10种抛光/刻蚀方法和参数，内置数据库还可以保存20种用户自定义的制备方法，抛光时间短，重现性好。适用于各种金属材料样品的电解抛光和刻蚀。

电解双喷抛光机 Struers Tenupol-5：是一种高效的电化学减薄穿孔装置。独特的内置扫描功能，可迅速确定合适的电解双喷抛光参数，内置18种司特尔斯制样方法和多达200种用户自定义的内置数据库，可以在短短几分钟内将直径3mm或2.3×2.3mm的试样制备成透射电镜用带孔试样，设备操作性良好，安全无污染，代表了国际同行业近年内的最先进制造水平。专用于薄金属材料透射电镜用样品制备，也可用于金属箔材的无变形电解“冲孔”。

全自动宽载荷万能硬度机 Struers Duramin-A300：是一款载荷范围扩展的可用于维氏、努氏、布氏以及表面洛氏硬度检测的带有测压元件的全自动硬度计。加载范围100g-31.25Kg，最大行程80mm，压头和载荷可以根据需求自由更换。操作界面直观，友好，测试精度高、数据重现性好。适用于各种金属、合金、陶瓷及其制品，和紧密元器件、集成电路、涂层、表面改性层等的硬度和硬度分布测试。

光学显微镜 Carl Zeiss AxioImager.A1m：是其公司最新推出的一种智能数字万能显微镜。采用先进的无限远轴向及径向双重色差校正、反差增强型的光学系统，使图像更加锐利，色彩还原最真实，并彻底消除杂散光等干扰因素，分辨率大大提高。优良的物镜品质，为同行翘楚。完善的柯拉照明系统，消除照明色差，自动调节光强。通过防霉镀膜有效地防止了镜头和光路的长霉。300万象素高分辨率彩色数码摄像头，实时采集、同步捕捉动态图象，提供高清晰度、高分辨率、高质量的图像。放大倍数范围50x-1000x。适用于黑色金属（合金）、有色金属（合金）、无机非金属及有机高分子材料等微观组织、结构、缺陷的观察和分析，以及微观研究对象的形状、尺寸、面积等几何特征的测量和分析。

体式显微镜 Carl Zeiss Stemi 2000-C：镜体采用国际先进的Greenough光学原理设计，提供高衬度、高分辨率、大景深、无失真的3D图像。宽视场双目观察，柯拉照明方式，无极调光，照明均匀，并配有多种图像记录和采集方式。适用于各种材料、微器件的微观组织、结构、缺陷的立体观察和测量。

 

 

[2]  http://engilab.ustc.edu.cn/yqsb/201111/t20111105_123709.html  Photron高速摄影系统

型号：FASTCAM SA5 1000K-M3 

色彩：黑白　12bit

内存：32GB

最大拍摄速度：满画幅最大拍摄速度7000fps　最大拍摄速度　1,000,000 fps

满画幅图像：1024 X 1024

镜头接口类型：Nikon F口，标准C口(可用于显微镜下摄像等）

镜头：100mm Macro F2.8，17-35mm F2.8，80-200mm F2.8,24-85mm F2.8

画幅与速度对照表：画幅大小和拍摄速度存在对应关系，同时和画幅质量之间存在一定关系。

图像结果 / 拍摄速度 / 录制时间

图像	Max Framerate	12 bit	8 bit
1024X1024	7000	3.12	4.681
1024X1000	7500	2.982	4.473
1024X888	8400	2.998	4.498
1024X800	9300	3.006	4.509
1024X640	10000	3.495	5.242
1024X512	14000	3.120	4.681
896X896	9300	3.067	4.601
896X848	10000	3.014	4.522
768X648	15000	3.068	4.602
704X520	20000	3.128	4.692
640X376	30000	3.172	4.759
512X320	42000	3.328	4.993
512X264	50000	3.389	5.083
512X224	60000	3.328	4.993
320X264	75000	3.615	5.422
320X192	100000	3.728	5.592
256X144	150000	4.142	6.213
256X64	300000	4.659	6.990
128X48	525000	7.100	10.651
124X24	813750	9.162	13.743
64X16	1000000	22.366	33.550
64X8	1,000,000	44.731	67.101