2018年9月6日

結晶偏光的厚度分析

前一陣子在科學maker社團裡在推自己做結晶顯微偏光觀察的活動,看到那些結晶偏光的顏色是在很奧妙,就很想多知道一些事情。剛巧,前陣子也同時被詢問了薄膜干涉的分析,所以就多了解了一些,想到正好可以用在分析結晶偏光圖,

這裡會用到一個色表,叫做Michel-lévy color chart,這本來是用在礦物結晶的分析。把岩石切磨成30µm的薄片,放在偏光顯微鏡下看顏色。既然知道礦物結晶在偏光顯微鏡下的干涉色,又知道礦物薄片的厚度,就可以對照出那種礦物的雙折射率,然後就可以推論那是什麼礦物。

作法:
1.先從縱座標找到礦物切片的厚度,比方說30µm就是0.03mm,可以從這些圖上找到從0.03mm畫出的水平線
2.從偏光顯微鏡裡看結晶的干涉色,假設是紅色接近藍色的顏色。就從剛剛的0.03mm找到和那顏色的交叉點
3.從那交叉點找到右上連接左下的斜線,往右上看去可以看到birefringence n1- n2,那個就是雙折射率。由於不同礦物結晶有不同的雙折射率,藉此就可以推論出結晶的成分。


知道這個方法後,反過來進行就可以幫助我們知道蔗糖結晶的厚度了。蔗糖結晶的作法很容易,準備飽和的蔗糖水,放在玻片上讓它自然乾燥,就會形成結晶。蔗糖是單斜晶系的結晶,也會有雙折射,然後我從這邊(https://ppt.cc/fVCIxx)看到蔗糖的雙折射率是0.032,再借用 社團的朋友 Chiachan Tsai的蔗糖偏光圖來用,對照一下Michel-lévy color chart。

先從birefringence(雙折射率)找到0.032那條往左下的斜線,然後在那條斜線上找到干涉色的顏色,就可以對照出那個結晶的厚度。比方說蔗糖結晶邊緣的灰白顏色,大約是0.01mm厚度,再往結晶中心方向看去的藍色,大約是0.02mm厚度。

有了這樣的知識,當你在看結晶的干涉色時,就可以感受到結晶的厚度了,而不單純只是看到漂亮的顏色。



後來我看到另外有板友 Jen-Yao Lin 發布了冰糖結晶縮時攝影,覺得可以拿來分析一些東西。

連結:(要加入社團才看得到)
https://www.facebook.com/groups/571073709717955/permalink/1071587466333241/?comment_id=1071643609660960&reply_comment_id=1071665616325426&notif_id=1535071375256708&notif_t=group_comment&ref=notif

影片裡是結晶的縮時攝影,我想到可以把這個影片處理分析出不同時序的厚度變化。

方式是把把每一幀影格裡AB這條線都切出來,再由上而下排列成一張新圖,就成了右邊的時序疊圖。

1.在這圖裡找任何一點,往下延伸看去,可以看到某一點隨著時間的干涉色變化。顏色的變化與結晶厚度有關,同樣顏色的點也代表同樣的厚度

2.觀察每條顏色構成的斜線,如果斜線彼此都平行,代表AB線上的每點結晶增厚速度一樣。如果不平行,就是增厚速度不同了。

3.顏色構成的斜線是直線,代表結晶速度一致,如果是線是彎彎曲曲,就是結晶速度不穩定。


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