顯微分析的進展與趨勢

顯微分析的進展與趨勢

目前，各類顯微鏡及顯微技術(shù)都有新的發(fā)展，無論是在光源、光路設(shè)計、多用途附件聯(lián)機使用等方面都有改進。為了提高顯微鏡的使用效果，擴大應(yīng)用領(lǐng)域，使傳統(tǒng)的顯微鏡 從單純的目視、主觀的定性判斷，向顯示客觀的定量、自動圖像處理方面發(fā)展。它和攝像系統(tǒng)聯(lián)機組成攝影顯微鏡；和計算機聯(lián)機組成顯微圖像分析儀；和分光鏡聯(lián)機組成顯微鏡 分光光度計和圖像儀；和數(shù)碼相機聯(lián)機組成數(shù)碼顯微鏡等。因此，顯微鏡的發(fā)展是不可估量的。

光學顯微鏡雖然簡單方便，但是它的分辨率不高。盡管顯微鏡光學系統(tǒng)的設(shè)計和觀察方法都大大改進，提高了觀察的效果和效率。特別是數(shù)碼技術(shù)使影像數(shù)字化，為定量金相 分析提供了條件。針對材料研究的多樣化要求顯微鏡各種功能的模塊化設(shè)計為擴展顯微鏡 的功能提供了一個好的平臺，如電動臺、加熱臺，自動聚焦、物鏡電動化、觀察方式電動 化等，為材料科學研究和產(chǎn)品質(zhì)量控制提供了有利的工具。但由于光波波長的限制，金相 顯微鏡的放大倍數(shù)從幾十倍到2000倍，極限分辨率為200nm左右，一般只能觀察金相組 織中幾十微米尺度的細節(jié)，而且也不能給出有關(guān)相的晶體結(jié)構(gòu)、取向、缺陷和成分的信息。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，金相學在不斷充實新內(nèi)容和擴大領(lǐng)域的同時，材料微觀形貌分 析測試的儀器處在不斷更新發(fā)展的狀態(tài)，從光學顯微鏡（0M）發(fā)展到電子顯微鏡 （TEM）、掃描電鏡（SEM）、場離子顯微鏡（FTM）和掃描激光聲成像顯微鏡（SPAM） 等。至今，電子顯微鏡的點分辨率已優(yōu)于0. 3nm,晶格條紋分辨率優(yōu)于0. 14nm,尤其是 高分辨透射電鏡可了解原子點陣的排列，打開了觀察原子世界的大門。電子顯微鏡的使 用，使材料學科的發(fā)展進入了 “極微世界”，成為各個領(lǐng)域科學工作者*的重要工 具之一。

光學金相技術(shù)可以提供材料制備、加工和熱處理過程中相變和顯微組織演變的許多定 性和定量信息。但一般均*于一維或二維圖像的定量信息，難于直接用于建立組織結(jié)構(gòu) 與材料性能或功能間的定量關(guān)系，或?qū)λ藐P(guān)系難于給出具有實際物理意義的解釋，具有 明顯的局限性。尤其是對不透明材料三維微觀組織不能直接可視，許多涉及三維顯微組織 的材料理論模型的驗證，難以實現(xiàn)顯微組織演變過程研究。因此，基于模型的材料體視學 研究、顯微組織的三維可視化研究、材料顯微組織的虛擬設(shè)計等仍然需要尋求新的輔助研 究方法。

材料微觀組織結(jié)構(gòu)圖像的獲取、存儲和傳輸新方法以及更好的圖像處理、分析方法的 不斷出現(xiàn)和改進，體視學原理與實驗技術(shù)的不斷發(fā)展和普及應(yīng)用，計算機硬件與軟件能力 的高速發(fā)展均為材料顯微組織形態(tài)學由定性表征向定量表征、由二維觀測向三維幾何形態(tài) 信息測試的發(fā)展和應(yīng)用提供了難得的機遇。借助材料顯微組織結(jié)構(gòu)的計算機輔助模型化與 仿真設(shè)計，運用數(shù)理統(tǒng)計和圖像分析技術(shù)，由二維圖像來推斷三維組織圖像的科學稱為體 視學，使組織圖像的定量分析（定量金相學）成為材料科學與工程發(fā)展*成功的實驗技術(shù)之一，也是金相學發(fā)展的趨勢。在未能實現(xiàn)材料組織三維可視化或雖已可視化但尚無 法獲得其定量表征數(shù)據(jù)的情況下，體視學分析可以用很小的代價獲得三維組織結(jié)構(gòu)的無偏 的定量測量，從而成為*的、值得大力推廣的顯微組織定量分析與表征工具。