偏光顯微鏡和熒光顯微鏡下的晶體世界

         出品：科普中國(guó)

制作：中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所團(tuán)委、青年志愿者協(xié)會(huì)、研究生會(huì) 趙 巖 張春煥 鄒素芬 丁美春 李金彪

監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

說(shuō)到晶體，大家是不是會(huì)想到閃閃發(fā)光的寶石？

狹義來(lái)講，寶石是色彩瑰麗、晶瑩剔透、堅(jiān)硬耐久、數(shù)量稀少，并可琢磨成寶石首飾的單晶體或雙晶，包括天然的和人工合成的，如鉆石、藍(lán)寶石等。

那么晶體是什么？晶體又有著怎樣的微觀(guān)結(jié)構(gòu)呢？

晶體最基本的特征是周期規(guī)律性，即組成晶體的原子、離子或分子在空間中按一定的規(guī)律周期重復(fù)地排列。生長(zhǎng)良好的晶體，外觀(guān)上往往呈現(xiàn)某種對(duì)稱(chēng)性。如果整個(gè)晶體中的質(zhì)點(diǎn)在空間的排列長(zhǎng)程有序，則是單晶。多晶是眾多取向的單晶的集合。

科研工作者為了更好地觀(guān)察晶體的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，依照晶體的理化性質(zhì)設(shè)計(jì)制造了各種各樣的顯微鏡，如：

（1）熒光顯微鏡，它以紫外線(xiàn)為光源照射被檢物體，使之發(fā)出熒光，最后在顯微鏡下觀(guān)察物體的形狀及其所在位置；

（2）倒置熒光顯微鏡，它由熒光附件與倒置顯微鏡有機(jī)結(jié)合構(gòu)成；

（3）偏光顯微鏡，它能夠清楚分辨雙折射物質(zhì)（如球晶）……

顯微鏡下的晶體

1.豐收的麥粒

取圖儀器：采用Olympus 倒置熒光顯微鏡IX83在白光下拍攝(https://www.microdemo.com/product/microscope/life/olympus-ix83/)

軟件處理：無(wú)

圖片介紹：由于該材料分子本身為黃色，所得微納晶體形似麥粒，研究人員將其取名為豐收的麥粒。該材料具有良好的熒光特性，它所形成的微納晶體可以作為小型激光器，成為光子芯片的信號(hào)源。光子芯片是未來(lái)通訊的發(fā)展方向，比起電子芯片，光子芯片具有產(chǎn)熱低，信息傳播量大，傳播迅速等特點(diǎn)。

2.有“眼睛”的球晶

取圖儀器：BX-51偏光顯微鏡 https://www.microdemo.com/product/microscope/ims/olympus-bx51-p/

軟件處理：無(wú)

圖片介紹：球晶是多晶的一種，是最常見(jiàn)的聚合物多晶結(jié)構(gòu)，其最基本結(jié)構(gòu)單元是折疊鏈晶片。這些小晶片由于聚合物熔體迅速冷卻或者受到其它條件的限制來(lái)不及進(jìn)行規(guī)則生長(zhǎng)，因而不能按照最理想的方式形成單晶。但是為了減少表面能，它們往往以某些晶核為中心放射生長(zhǎng)，結(jié)晶成球狀的多晶聚集體——球晶。

3.涅槃

取圖儀器：熒光顯微鏡

軟件處理：無(wú)

圖片介紹：圖片是有機(jī)發(fā)光材料的晶體在熒光顯微鏡下的圖片。數(shù)量眾多的晶體在襯底上自行組裝成為鳳凰的形狀，更兼數(shù)學(xué)中的分形之美，在熒光顯微鏡下放出紅色的光芒，恰似一只浴火重生的鳳凰在展翅高飛。

4.夢(mèng)幻秋

取圖儀器：Nikon TIU 系列顯微鏡

軟件處理：無(wú)

圖片介紹：圖為有機(jī)分子微納單晶結(jié)構(gòu)。有機(jī)分子間以弱的范德華力相結(jié)合，因此，有機(jī)半導(dǎo)體單晶多以微納晶形式存在，這種材料被廣泛應(yīng)用于高性能場(chǎng)效應(yīng)的晶體管器件。

5.蒲公英飛翔

取圖儀器：Olympus BX51

軟件處理：Image-Pro Express 6.3

圖片介紹：本圖片是用溶液滴注法生長(zhǎng)而成的單晶。將試劑溶于有機(jī)溶劑中，進(jìn)行半小時(shí)的超聲處理，然后過(guò)濾，得到金黃色澄清溶液，滴在已經(jīng)洗干凈的修飾的硅片上，放置于稱(chēng)量瓶?jī)?nèi)，慢慢揮發(fā)，第二天即可觀(guān)察到圖片中的景象。

結(jié)語(yǔ)

大家是不是和作者一樣被這幾幅作品美呆了？晶體的微觀(guān)世界就是那么的嘆為觀(guān)止。想要拍出一幅好看的顯微攝影作品，除了需要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真地實(shí)驗(yàn)操作合成出漂亮的原材料，還需要高大上的顯微設(shè)備，但是最重要的是要發(fā)揮充分的想象力，大開(kāi)腦洞！在收集作品的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，即使原圖不盡人意，但是會(huì)構(gòu)圖會(huì)后期處理的小伙伴們還是能把作品變的讓人眼前一亮。

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