[发明专利]一种激光扫描共聚焦显微镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的材料样品的分析表征装置，具体涉及一种激光扫描共聚焦显微镜，属材料表征技术领域。

背景技术

当前材料样品表面或界面微观形貌表征的主要手段有扫描电子显微镜（SEM），原子力显微镜（AFM），透射电子显微镜（TEM）等：SEM无法测试含水样品，对于一些微小（粒径 <1nm）杂质或掺杂相必须要提高倍率，放大倍数的提高造成视场的减小，故无法在较大的区域（约1mm×1mm）内直观观察微小杂质或掺杂相的分布情况；AFM难易判断出杂相；TEM对样品的要求很高，制样困难，而且与SEM一样，无法在较大的区域内直观观察微小杂质或掺杂相的分布情况。当前材料样品成分的无损测试手段有X射线衍射（XRD），扫描电子显微镜中加入的能谱仪（EDS）或波谱仪（WDS）等：XRD对于微区特定相或者含量较小的相无能为力；EDS或WDS只能获得元素相对含量，无法判断相类型（如只能知道Ti与O之比为1:2，但是金红石还是锐钛矿却无法判断），且对于空洞内部的成分也无能为力。所以当前还没有一种材料样品表征手段可以同时弥补上述表征技术的缺陷，而要想运用现有材料领域测试手段同时动态研究各种材料在温度改变时的传热传质过程则更无可能。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的材料测试表征装置，该装置对样品的条件要求低，测试方法简单，可在较大的区域内直观观察微小杂质或掺杂相的分布情况，同时动态研究各种材料在温度改变时的传热传质过程，能弥补现有材料测试手段的不足。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种激光扫描共聚焦显微镜，其中，激光扫描共聚焦显微镜的载物台设有加热装置；激光扫描共聚焦显微镜的物镜与载物台之间设置测温装置和红外检测器；激光扫描共聚焦显微镜的计算机系统中设有热图像处理软件，所述红外检测器与计算机系统连接。

所述加热装置为载物台下方的加热线圈。

本发明的新型显微镜在检测表征方面的技术特点在于：

（1）可以在常温常压空气气氛中研究材料微观形貌，弥补SEM，TEM系统必须抽真空而无法测试含水样品的缺陷。

（2）运用杂质或掺杂相的激发荧光直观观察其大范围内的分布情况，暗衬底上荧光的分辨率高于普通直接观察的显微镜2个数量级，可以很好地分辨杂相，弥补AFM的不足，也弥补SEM、TEM在高倍率下视场小的不足。改变激光波长即判断微区相类型（相同成分不同相具有不同的帯隙），弥补XRD 、EDS（或WDS）的不足。

（3）捕捉荧光，动态跟踪。

（4）经系统多次调焦，获得不同深度的图像，经计算机处理可对样品进行三维成像。

（5）可同时动态研究各种材料在温度改变时的传热传质过程，由此可建立材料相变的热力学与动力学机制。

其中，特点（3）、（4）、（5）均为创新功能，目前材料领域还无具有相似功能的仪器存在。本发明原创性极高，国内外均未见相似报道。本发明可以广泛地应用于高校、科研院所及企业实验室材料样品的表征，即可提供材料热力学动力学基础理论研究，也可满足微观成像杂质分析的应用研究，对促进材料领域的发展具有十分重大的意义。

附图说明

图1是本发明的功能加强激光扫描共聚焦显微镜结构图，图中，1-光检测器，2-共聚焦针孔，3-分光镜，4-光源针孔，5-物镜，6-温度检测器，7-红外检测器，8-物镜焦平面，9-加热线圈；

图2 是纯钛酸铜钙薄膜明场像；

图3是掺杂ZnO的钛酸铜钙薄膜明场像；

图4 是纯钛酸铜钙薄膜荧光像；

图5 是掺杂ZnO的钛酸铜钙薄膜荧光像。

具体实施方式

本发明的功能加强在于：（1）在激光扫描共聚焦显微镜的载物台加入加热装置；（2）激光扫描共聚焦显微镜物镜与样品台之间加入测温装置和红外检测器；（3）在激光扫描共聚焦显微镜的计算机系统加入热图像处理软件。本发明采用生命科学领域仪器——激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）对普通材料样品（陶瓷、金属、高分子及由它们所组成的复合材料等）进行微观成像，可以在较大的视场内直观地看到微小杂质或掺杂相的分布情况。加入加热装置，对材料样品进行热处理，可动态观察样品内部或者材料界面的物质扩散及原子迁移情况，以此可研究材料在热处理过程中相变的动力学机理。在加热装置的基础上加入红外线探测器，扫描捕捉材料样品的红外辐射，获取材料各部温度信息，形成热图像，以此可研究材料在热处理过程中相变的热力学机制。

实施例1