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1、扫描电子显微镜在考古中的应用1;.序言扫描电镜原理考古中的应用结束语2;.扫描电子显微镜的简称为扫描电镜，英文缩写为扫描电子显微镜的简称为扫描电镜，英文缩写为SEM (Scanning Electron SEM (Scanning Electron Microscope)Microscope)。它是用细聚焦的电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的它是用细聚焦的电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的二次电二次电子子、背散射电子背散射电子等对样品表面或断口形貌进行观察和分析。等对样品表面或断口形貌进行观察和分析。SEMSEM也是显微结构分析的主要仪器，已广泛用于材料、冶金、矿物
2、、生物学等领也是显微结构分析的主要仪器，已广泛用于材料、冶金、矿物、生物学等领域。域。3;.扫描电子显微镜是一种分辨本领非常高的精密仪器扫描电子显微镜是一种分辨本领非常高的精密仪器, , 堪称为本世纪最伟大的堪称为本世纪最伟大的发明之一。发明之一。世界上第一台商品扫描电子显微镜是世界上第一台商品扫描电子显微镜是19651965年问世的年问世的, , 它的出现解决了过去许它的出现解决了过去许多科学家利用原有技术手段难以解决的问题。它几乎可以在自然科学的所有多科学家利用原有技术手段难以解决的问题。它几乎可以在自然科学的所有领域都能得到适当应领域都能得到适当应用。用。4;.5;. 扫描电镜的工作原理
3、及特点扫描电镜的工作原理及特点电子枪电子枪 会聚透镜和物聚透镜会聚透镜和物聚透镜 样品样品 二次电子收集器二次电子收集器 加速极加速极 闪烁体闪烁体 光电信增管光电信增管 视频放大器视频放大器 显象管显象管发射电子束发射电子束电子束电子束二次电子二次电子二次电子二次电子电信号转变成光信号电信号转变成光信号光信号转变成电信号光信号转变成电信号二次电子象二次电子象荧光光6;.扫扫描描电电镜镜成成像像示示意意图图7;.扫描电镜成像示意图扫描电镜成像示意图由电子枪发射出来的电子束由电子枪发射出来的电子束, , 通过通过会聚透镜和物镜聚焦会聚透镜和物镜聚焦, , 然后轰击在然后轰击在样品上样品上, ,
4、在偏转线圈产生的磁场的在偏转线圈产生的磁场的作用下作用下, , 入射电子在样品表面按一入射电子在样品表面按一定的时间和空间顺序逐点扫描。由定的时间和空间顺序逐点扫描。由于人射电子与样品表面之间的相互于人射电子与样品表面之间的相互作用作用, , 将从样品表面激发出二次电将从样品表面激发出二次电子子, , 收集极将二次电子收集起来收集极将二次电子收集起来, , 经一系列的处理后送至显象管经一系列的处理后送至显象管, , 这这样样品的表面状态就反映在荧光屏样样品的表面状态就反映在荧光屏上了上了, , 可以用照相机将其拍摄作为可以用照相机将其拍摄作为资料保存。资料保存。8;.S-3400NS-3400
5、N扫描电镜扫描电镜9;.青铜文物青铜文物SEMSEM二次电子像二次电子像10;.古代植物的研究古代陶瓷的研究古代铁器的研究11;.十九世纪初，德国科学家发现植物体内含有硅成分十九世纪初，德国科学家发现植物体内含有硅成分, , 十九世纪中叶十九世纪中叶, , 德国空气浮游德国空气浮游生物学开拓者、花粉化石发现者发现并确定植物具有特殊的植物硅酸体。本世纪五生物学开拓者、花粉化石发现者发现并确定植物具有特殊的植物硅酸体。本世纪五十年代十年代, , 许多国家相继发表了有关植物、土壤、古地层、深海沉积物以及动物排泄许多国家相继发表了有关植物、土壤、古地层、深海沉积物以及动物排泄物中发现大量植物硅酸体的报
6、道物中发现大量植物硅酸体的报道, , 从而形成了植物硅酸体研究这一新领域。从而形成了植物硅酸体研究这一新领域。12;.植物硅酸体存在于高等植物的果实壳、茎、叶和花序中。地下水中含有单硅酸。植物硅酸体存在于高等植物的果实壳、茎、叶和花序中。地下水中含有单硅酸。植物生长需要从地下吸人水分植物生长需要从地下吸人水分, , 这样单硅酸就被带人植物中这样单硅酸就被带人植物中, , 而后沉淀在生长植而后沉淀在生长植物的某些表层细胞组织中物的某些表层细胞组织中, , 植物成熟后植物成熟后, , 就形成了具有特别形状的植物硅酸体。就形成了具有特别形状的植物硅酸体。13;.利用扫描电子显微镜可以研究古陶器中的晶
7、粒大小及相互结合的状况以及内气利用扫描电子显微镜可以研究古陶器中的晶粒大小及相互结合的状况以及内气孔的形状分布等。此外孔的形状分布等。此外, , 还可以观察古陶器的玻璃化程度还可以观察古陶器的玻璃化程度, , 从而推断出古陶器从而推断出古陶器的烧成温度。的烧成温度。14;. 对铁器所含夹杂物的成分、分布形貌、数量与铸、锻造、热处理等技术的关系。对铁器所含夹杂物的成分、分布形貌、数量与铸、锻造、热处理等技术的关系。对铁器所含夹杂物的成分、分布形貌、数量与铸、锻造、热处理等技术的关系。对铁器所含夹杂物的成分、分布形貌、数量与铸、锻造、热处理等技术的关系。 元大都遗址铁釜（元大都遗址铁釜（98DZX
8、M898DZXM8）样）样品（品（27632763）的金相组织）的金相组织：亚共晶亚共晶白口铁白口铁北京延庆出土铁斗（唐代）的金北京延庆出土铁斗（唐代）的金相组织相组织： 共晶白口铁共晶白口铁15;.侯马乔村墓地出土铁铲的金相组织侯马乔村墓地出土铁铲的金相组织铁素体铁素体铁素体和珠光体铁素体和珠光体亚共晶白口铁亚共晶白口铁16;.河北易县燕下都战国士兵丛葬坑出河北易县燕下都战国士兵丛葬坑出土刀其金相组织土刀其金相组织河北易县燕下都河北易县燕下都M44M44出土的铁兵器剑、出土的铁兵器剑、戟、矛等，经鉴定为块炼渗碳钢制品，戟、矛等，经鉴定为块炼渗碳钢制品，含碳不均匀，有明显的折叠痕迹，夹含碳不均
9、匀，有明显的折叠痕迹，夹杂物以氧化亚铁为主，还有氧化亚铁杂物以氧化亚铁为主，还有氧化亚铁和铁橄榄石共晶夹杂。这批兵器，在和铁橄榄石共晶夹杂。这批兵器，在死亡士兵丛葬时未被收回，表明战国死亡士兵丛葬时未被收回，表明战国中晚期（公元前中晚期（公元前4 4前前3 3世纪）钢铁兵世纪）钢铁兵器使用已很普遍，价格不高。器使用已很普遍，价格不高。17;.以上列举的应用以上列举的应用, , 只是扫描电子显微镜在考古中应用的一小部分只是扫描电子显微镜在考古中应用的一小部分, , 应用实例还有应用实例还有很多很多, , 这里就不一一介绍了。总而言之这里就不一一介绍了。总而言之, , 对于那些肉眼光学显微镜难以分
10、辨的古对于那些肉眼光学显微镜难以分辨的古代遗物的微观结构以及微痕研究代遗物的微观结构以及微痕研究, , 扫描电子显微镜的高分辨率具有明显的优势。扫描电子显微镜的高分辨率具有明显的优势。但是但是, ,对于尺寸较大的样品对于尺寸较大的样品, , 首先要先切割取样首先要先切割取样, , 这对于有些古物是不允许的。不这对于有些古物是不允许的。不过相信扫描电子显微镜在考古学领域中过相信扫描电子显微镜在考古学领域中, , 将充分发挥其重要作用。将充分发挥其重要作用。18;.THE ENDTHE END19;.二二 次次 电电 子子入射电子与样品相互作用后，使样品原子较外层电子（价带或导带电子）电离产入射电
11、子与样品相互作用后，使样品原子较外层电子（价带或导带电子）电离产生的电子，称二次电子。二次电子能量比较低，习惯上把能量小于生的电子，称二次电子。二次电子能量比较低，习惯上把能量小于50eV50eV电子电子统称为二次电子，仅在样品表面统称为二次电子，仅在样品表面5nm5nm10nm10nm的深度内才能逸出表面，这是二次的深度内才能逸出表面，这是二次电子分辨率高的重要原因之一。电子分辨率高的重要原因之一。 20;.背散射电子背散射电子背背散散射射电电子子是是指指入入射射电电子子与与样样品品相相互互作作用用( (弹弹性性和和非非弹弹性性散散射射) )之之后后，再再次次逸逸出出样样品品表表面面的的高高能能电电子子，其其能能量量接接近近于于入入射射电电子子能能量量( ( E E。) )。背背射射电电子子的的产产额额随随样样品品的的原原子子序序数数增增大大而而增增加加，所所以以背背散散射射电电子子信信号号的的强强度度与与样样品品的的化化学学组组成成有有关关，即与组成样品的各元素平均原子序数有关。即与组成样品的各元素平均原子序数有关。21;.
