显微镜介绍与感想_显微镜结构介绍讲述
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科学技术史论文
科学技术史论文
题 目：显微镜的原理及应用
系 别：班 级：姓 名：学 号：日 期：政治学与行政学
1班
王瑞芳
2010183124
2011-11-26
科学技术史论文
显微镜的应用及原理
摘要：显微镜是一种既古老又年轻的科学工具，从诞生至今，已有三百年的历史显微镜的用途十分广泛，例如在生物学中，化学中，物理学中，天文等等在一些科研工作中都是离不开显微镜。以及从人体到植物纤维等各种东西的内部构造。显微镜的种类有很多，同时显微镜的原理不尽相同，应用的方面也有不同，但是相同的是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，显微镜带领人们走进微观世界。对人类历史的发展起了重大作用。
关键词：
显微镜
原理
应用
影响
显微镜在科研技术中发挥着重大作用，目前，几乎成了科学技术的形象代言，你只需看媒体上有关科学技术的报道中频频出现其身影，便可见此言之不谬也。
显微镜，即将微小物体或物体的微细部分高倍放大，以便观察的仪器或设备。它广泛应用于工农业生产及科学研究。生物学和医学工作者在业务中也经常使用显微镜。大致分为光学显微镜和电子显微镜。
光学显微镜有很多种，下面介绍主要光学显微镜的原理：
1． 双目体视显微镜
双目体视显微镜又称“实体显微镜”或“解剖镜”，是一种具有正象立体感地目视仪器。在生物、医学领域广泛用于切片操作和显微外科手术；在工业中用于微小零件和集成电路的观测、装配、检查等工作。它利用双通道光路，双目镜筒中的左右两光束不是平行，而是具有一定的夹角--体视角（一般为12度--15度），为左右两眼提供一个具有立体感的图像。它实质上是两个单镜筒显微镜并列放置，两个镜筒的光轴构成相当于人们用双目观察一个物体时所形成的视角，以此形成三维空间的立体视觉图像。
2． 金相显微镜
金相显微镜是专门用于观察金属和矿物等不透明物体金相组织的显微镜。这些不透明物体无法在普通的透射光显微镜中观察，故金相和普通显微镜的主要差别在于前者以反射光，而后者以透射光照明。在金相显微镜中照明光束从物镜方向射到被观察物体表面，被物面反射后再返回物镜成像。这种反射照明方式也广
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泛用于集成电路硅片的检测工作。
3． 偏光显微镜
偏光显微镜是用于研究所谓透明与不透明各向异性材料的一种显微镜。凡具有双折射的物质，在偏光显微镜下就能分辨的清楚，当然这些物质也可用染色法来进行观察，但有些则不可能，而必须利用偏光显微镜。
偏光显微镜的基本原理 ：偏光显微镜的原理比较复杂，在此不作过多介绍,偏光显微镜必须具备以下附件：起偏镜，检偏镜，补偿器或相位片，专用无应力物镜，旋转载物台。
4.荧光显微镜
一般分为透射和落射式两种类型。
a.透射式：激发光来自被检物体的下方，聚光镜为暗视野聚光镜，使激发光不进入物镜，而使荧光进入物镜。它在低倍情况下明亮，而高倍则暗，在油浸和调中时，较难操作，尤以低倍的照明范围难于确定，但能得到很暗的视野背景。透射式不使用于非透明的被检物体。
b.落射式：透射式目前几乎被淘汰，新型的荧光显微镜多为落射式，光源来自被检物体的上方，在光路中具有分光镜，所以对透明和不透明的被检物体都适用。由于物镜起了聚光镜的作用，不仅便于操作，而且从低倍到高倍，可以实现整个视场的均匀照明。
5． 相衬显微镜
相衬显微镜利用被检物体的光程之差进行镜检，也就是有效地利用光的干涉现象，将人眼不可分辨的相位差变为可分辨的振幅差，即使是无色透明的物质也可成为清晰可见。这大大便利了活体细胞的观察，因此相衬镜检法广泛应用于倒置显微镜中。
6． 微分干涉对比显微镜
它的原理是：微分干涉对比镜检术是利用特制的渥拉斯顿棱镜来分解光束。分裂出来的光束的振动方向相互垂直且强度相等，光束分别在距离很近的两点上通过被检物体，在相位上略有差别。由于两光束的裂距极小，而不出现重影现象，使图象呈现出立体的三维感觉。
7． 倒置显微镜（Inverted microscope）
倒置显微镜是为了适应生物学、医学等领域中的组织培养、细胞离体培养、科学技术史论文
浮游生物、环境保护、食品检验等显微观察。
8． 数码显微镜
数码显微镜是以摄像头（即电视摄像靶或电荷耦合器）作为接收元件的显微镜。在显微镜的实像面处装入摄像头取代人眼作为接收器，通过这种光电器件把光学图像转换成电信号的图像，然后对之进行尺寸检测、颗粒计数等工作。这类显微镜可以与计算机联用，这便于实现检测和信息处理的自动化，多应用于需要进行大量繁琐检测工作的场合。
电子显微镜在科学研究中同样有着深刻的影响，下面主要介绍扫面电子显微镜的原理及应用：
下图为扫描电子显微镜的原理结构示意图。由三极电子枪发出的电子束经栅极静电聚焦后成为直径为50mm的电光源。在2-30KV的加速电压下，经过2-3个电磁透镜所组成的电子光学系统，电子束会聚成孔径角较小，束斑为5-10m m的电子束，并在试样表面聚焦。末级透镜上边装有扫描线圈，在它的作用下，电子束在试样表面扫描。高能电子束与样品物质相互作用产生二次电子，背反射电子，X射线等信号。这些信号分别被不同的接收器接收，经放大后用来调制荧光屏的亮度。由于经过扫描线圈上的电流与显象管相应偏转线圈上的电流同步，因此，试样表面任意点发射的信号与显象管荧光屏上相应的亮点一一对应。也就是说，电子束打到试样上一点时，在荧光屏上就有一亮点与之对应，其亮度与激发后的电子能量成正比。换言之，扫描电镜是采用逐点成像的图像分解法进行的。光点成像的顺序是从左上方开始到右下方，直到最後一行右下方的像元扫描完毕就算完成一帧图像。这种扫描方式叫做光栅扫描。
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扫描电子显微镜的原理和结构示意图
扫描电子显微镜的应用
扫描电子显微镜是一种多功能的仪器、具有很多优越的性能、是用途最为广泛的一种仪器．它可以进行如下基本分析：（1）
三维形貌的观察和分析；
（2）
在观察形貌的同时，进行微区的成分分析。
①
观察纳米材料，所谓纳米材料就是指组成材料的颗粒或微晶尺寸在0.1-100nm范围内，在保持表面洁净的条件下加压成型而得到的固体材料。纳米材料具有许多与晶体、非晶态不同的、独特的物理化学性质。纳米材料有着广阔的发展前景，将成为未来材料研究的重点方向。扫描电子显微镜的一个重要特点就是具有很高的分辨率。现已广泛用于观察纳米材料。
②
进口材料断口的分析：扫描电子显微镜的另一个重要特点是景深大，图象富立体感。扫描电子显微镜的焦深比透射电子显微镜大10倍，比光学显微镜大几百倍。由于图象景深大，故所得扫描电子象富有立体感，具有三维形态，能够提供比其他显微镜多得多的信息，这个特点对使用者很有价值。扫描电子显微镜所显示饿断口形貌从深层次，高景深的角度呈现材料断裂的本质，在教学、科研和生产中，有不可替代的作用，在材料断裂原因的分析、事故原因的分析已经工艺合理性的判定等方面是一个强有力的手段。
③
直接观察大试样的原始表面，它能够直接观察直径100mm，高50mm，科学技术史论文
或更大尺寸的试样，对试样的形状没有任何限制，粗糙表面也能观察，这便免除了制备样品的麻烦，而且能真实观察试样本身物质成分不同的衬度（背反射电子象）。
④
观察厚试样，其在观察厚试样时，能得到高的分辨率和最真实的形貌。扫描电子显微的分辨率介于光学显微镜和透射电子显微镜之间，但在对厚块试样的观察进行比较时，因为在透射电子显微镜中还要采用复膜方法，而复膜的分辨率通常只能达到10nm，且观察的不是试样本身。因此，用扫描电子显微镜观察厚块试样更有利，更能得到真实的试样表面资料。
⑤
观察试样的各个区域的细节。试样在样品室中可动的范围非常大，其他方式显微镜的工作距离通常只有2-3cm，故实际上只许可试样在两度空间内运动，但在扫描电子显微镜中则不同。由于工作距离大（可大于20mm）。焦深大（比透射电子显微镜大10倍）。样品室的空间也大。因此，可以让试样在三度空间内有6个自由度运动（即三度空间平移、三度空间旋转）。且可动范围大，这对观察不规则形状试样的各个区域带来极大的方便。
⑥
在大视场、低放大倍数下观察样品，用扫描电子显微镜观察试样的视场大。在扫描电子显微镜中，能同时观察试样的视场范围F由下式来确定：F=L/M 若扫描电镜采用30cm（12英寸）的显象管，放大倍数15倍时，其视场范围可达20mm，大视场、低倍数观察样品的形貌对有些领域是很必要的，如刑事侦察和考古。
⑦
进行从高倍到低倍的连续观察，放大倍数的可变范围很宽，且不用经常对焦。扫描电子显微镜的放大倍数范围很宽（从5到20万倍连续可调），且一次聚焦好后即可从高倍到低倍、从低倍到高倍连续观察，不用重新聚焦，这对进行事故分析特别方便。
⑧
观察生物试样。因电子照射而发生试样的损伤和污染程度很小。同其他方式的电子显微镜比较，因为观察时所用的电子探针电流小（一般约为10-10-10-12A）电子探针的束斑尺寸小（通常是5nm到几十纳米），电子探针的能量也比较小（加速电压可以小到2kV）。而且不是固定一点照射试样，而是以光栅状扫描方式照射试样。因此，由于电子照射面发生试样的损伤和污染程度很小，这一点对观察一些生物试样特别重要。
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⑨
进行动态观察。在扫描电子显微镜中，成象的信息主要是电子信息，根据近代的电子工业技术水平，即使高速变化的电子信息，也能毫不困难的及时接收、处理和储存，故可进行一些动态过程的观察，如果在样品室内装有加热、冷却、弯曲、拉伸和离子刻蚀等附件，则可以通过电视装置，观察相变、断烈等动态的变化过程。
⑩
从试样表面形貌获得多方面资料，在扫描电子显微镜中，不仅可以利用入射电子和试样相互作用产生各种信息来成象，而且可以通过信号处理方法，获得多种图象的特殊显示方法，还可以从试样的表面形貌获得多方面资料。因为扫描电子象不是同时记录的，它是分解为近百万个逐次依此记录构成的。因而使得扫描电子显微镜除了观察表面形貌外还能进行成分和元素的分析，以及通过电子通道花样进行结晶学分析，选区尺寸可以从10μm到3μm。
由于扫描电子显微镜具有上述特点和功能，所以越来越受到科研人员的重视，用途日益广泛。现在扫描电子显微镜已广泛用于材料科学（金属材料、非金属材料、钠米材料）、冶金、生物学、医学、半导体材料与器件、地质勘探、病虫害的防治、灾害（火灾、失效分析）鉴定、刑事侦察、宝石鉴定、工业生产中的产品质量鉴定及生产工艺控制等。
对于显微镜，我感受最深的便是它让人对微观世界有了新的认识，进而对人类科学的各方面产生的巨大影响，从上面的的论述就可见一斑。其中感受最深的便是显微镜对医学研究的贡献，在显微镜的帮助下，人们发现了细胞，发现细菌，发现了病毒，对人们的身体的研究有了质的进步。在人类发展史中，瘟疫无疑对人的生命最大的威胁因素，而青霉素的发现适时的挽救了数以万计人的生命。而没有显微镜这便无从谈起。在病毒侵入人体初期，通过显微镜便可知道入侵人体病菌的具体情况，进而制定医疗方针，显微镜的观察结果，为医生提供制定治疗方案的参考依据和验证手段。在基因工程、显微外科手术中，显微镜更是医生必备的工具。在刑侦工作中，显微镜更是必不可少，利用显微镜来观察有效的指纹，纤维组织，血液成分从而得出死亡时间，他可以把一切微观的罪迹分析说明，为警察侦破案件起了重要作用。在这一点，最近看《法证先锋》，从其中便可感受到，犯罪现场的蛛丝马迹对案件的侦破起的重要作用。在文物考察中，文物考古工作者借助显微镜所发现的蛛丝马迹可以判断深埋地下的矿藏或推断
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出尘封的历史真像，在观看考古记录片中，在对于文物的研究中，无处不可见显微镜的身影。同时显微镜在我们的日常生活中也发挥着重要，比如美容美发，农业生产等。
显微镜对基因工程的作用更值得为人称道，再看一个关于克隆人类的记录片中，便可以看到在显微镜下细胞的状态，是否适合进行移植，是否细胞在冷冻中存活，在克隆过程中，大部分的操作都要在显微镜的帮助下进行操作，比如细胞核与细胞壁的结合等。
感叹显微镜为我们带来世界的巨变，没有显微镜，就没有今日科学的发展。
参考文献示例如下：
《显微镜》书籍作者：费鸿年图书出版社：商务印书馆
《扫描隧道与扫描力显微镜分析原理》作者：姚琲 出 版 社：天津大学出版社 《从显微镜到干细胞研究：探索再生医学》作者：（英）萨莉·摩根 著，宋涛 译
出 版 社：上海科学技术文献出版社出版时间：2010-4-1 《偏光显微镜》作者：胡光汉 出版社：中国城市出版社
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