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电子显微技术

电子显微技术是一种利用高分辨率和放大倍率的电子显微镜(SEM)对材料进行特征分析如形貌观察、能量色散X射线分析等分析的技术。

电子显微技术在计量分析测定、立体观察、图像分析、电子工业、缺陷探测等领域都有着广泛的应用。

电子显微镜技术是20世纪重大发明之一。

1986年诺贝尔物理学奖授予了电子显微镜的发明者卢斯卡和扫描隧道显微镜的发明者宾尼格和罗勒,他们的发明使科学家有了一双能看见原子的眼睛,为人类探索微观世界做出了巨大贡献。

早在17世纪,人类首次通过玻璃透镜观察到了水中的微生物。到了19世纪,光学显微镜的应用使医学和生物学取得了很大进步,但由于光波波长对分辨率的限制,光学显微镜的放大倍数还不能满足科学家探索微观世界的需要。

1931年,卢斯卡和诺尔根据磁场可以会聚电子束这一原理发明了世界上第一台电子显微镜。电子显微镜的原理同光学显微镜相同。光学显微镜通常是利用电灯作为光源。电灯发出的光波被聚光器汇聚到透明物体上,然后经过物镜等一系列透镜形成放大的图像。而电子显微镜是用电子束而非可见光来成像的。简单说电子的行为同光波相似,但是其波长较光波的波长小几百倍,这就使电子显微镜的分辨率大大提高。普通光学显微镜只能看清长20nm (纳米)的结构,而电镜则能看清长0.5nm的结构。前者放到大倍数最高不超过2000倍,后者则可以放到十万倍以上。在电子显微镜中,磁场的作用类似于光学显微镜中的透镜。随后,科学家又发明了扫描电子显微镜。它主要是用来研究固体表面形貌的,它可以得到固体表面的三维效果图像。

1958年,我国成功地研制了第一台电子显微镜。现在,随着计算机技术的发展,电子显微镜技术和功能也日益进步,放大倍数已超过1000多万倍,并在材料、生物、医学等领域得到广泛应用。

电子显微镜可以获得许多引人入胜的显微图像,其逼真度和立体感令许多外行着迷。通过电子显微镜,人们可以观察到气味分子进入蝴蝶触须的途径。材料科学家利用电子显微镜可以从原子尺度研究得到材料的微观结构及化学成分的信息。生理学家可以通过电子显微镜对神经组织进行研究,还可以动态观察病毒进入细胞的过程。用显微镜检查计算机芯片制造过程中的焊接裂缝会十分清楚。

1982年,宾尼格和罗勒发明了扫描隧道显微镜,1988年中国科学院白春礼和姚俊恩研制出了我国的第一台扫描隧道显微镜。扫描隧道显微镜是另一种研究物质微观结构的全新技术,其放大倍数可达上亿倍,它采用尖端只有一个原子的特殊探针对物质表面进行逐行扫描来获得原子尺度的图像,它也可以用探针对单个原子和分子进行操纵,对材料表面进行微加工。

20世纪电子显微技术的兴起,为人类获得新型材料以及促进现代医学的发展创造了条件,应用广泛的纳米材料就是在电子显微技术的基础上发展起来的,肝炎病毒也是通过电子显微镜观察到的,它为21世纪科学技术的飞速发展奠定了基础。



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