科学仪器电子显微镜

Posted 2022-01-01

篇首语：学而不思则罔，思而不学则殆。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了科学仪器电子显微镜相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

    电子显微镜
    普通光学显微镜通过提高和改善透镜的性能，使放大率达到1000－1500倍左右，但一直未超过2000倍，这是由于普通光学显微镜的放大能力受光的波长的限制。光学显微镜是利用光线来看物体??丝吹轿锾澹?锾宓某叽缇捅匦氪笥诠獾牟ǔぃ?裨蚬饩突帷叭啤惫??＠砺垩芯拷峁?砻鳎?胀ü庋?晕⒕档姆直姹玖觳怀??00毫微米。有人采用波长比可见光更短的紫外线，放大能力也不过再提高一倍左右。
    要想看到组成物质的最小单位??原子，光学显微镜的分辨本领还差3－4个量级。为了从更高的层次上研究物质的结构，必须另辟蹑径，创造出功能更强的显微镜。
    有人设想用波长比紫外线更短的X射线，这种显微镜的放大能力和分辨本领一定会大大提高，但是找不到适用于X射线的透镜。
    20世纪20年代法国科学家德布罗意发现电子流也具有波动性，其波长与能量有确定的关系，能量越大波长越短，比如电子经 1000伏特的电场加速后其波长是0．388埃，用10万伏电场加速后波长只有0．0387埃。于是科学家们就想到是否可以用电子束来代替光波？这是电子显微镜即将诞生的一个先兆。
    用电子束来制造显微镜，关键是找到能使电子束聚焦的透镜，显然一般光学透镜是无法会聚电子束的。
    1923年，德国科学家蒲许提出了关干电子在磁场中运动的理论。他指出：“具有轴对称性的磁场对电子束来说起着透镜的作用。”这样，蒲许就从理论上解决了电子显微镜的透镜问题，因为对电子束来说，磁场显示出透镜的作用，所以称为“磁透镜”。
    德国柏林工科大学的年轻研究员卢斯卡，1932年制作了第一台电子显微镜??它是一台经过改进的阴极射线示波器，成功地得到了铜网的放大像??第一次由电子束形成的图像。加速电压为7万伏，最初放大率仅为12倍。尽管放大率微不足道，但它却证实了使用电子束和电子透镜可形成与光学像相同的电子像。
    经过不断地改进，1933年卢斯卡制成了二级放大的电子显微镜，获得了金属箔和纤维的1万倍的放大像。
    1937年应西门子公司的邀请，卢斯卡建立了超显微镜学实验室。1939年西门子公司制造出分辨本领达到30埃的世界上最早的实用电子显微镜，并投入批量生产。
    电子显微镜的出现使人类的洞察能力提高了好几百倍，不仅看到了病毒，而且看见了一些大分子，即使经过特殊制备的某些类型材料样品里的原子，也能够被看到。
    但是，受电子显微镜本身的设计原理和现代加工技术手段的限制，目前它的分辨本领已经接近极限。要进一步研究比原子尺度更小的微观世界，必须要有概念和原理上的根本突破。
    1978年一种新的物理探测系统??“扫描隧道显微镜”已被德国学者宾尼格和瑞士学者罗雷尔系统地论证了，并于1982年制造成功。这种新型的显微镜，放大倍数可达3亿倍，最小可分辨的两点距离为原子直径的1／ 10，也就是说它的分辨率高达0．l埃。
    扫描隧道显微镜采用了全新的工作原理，它利用一种奇妙的电子隧道现象，将样品本身作为一个电极，另一个电极是一根非常尖锐的探针，把探针移近样品，并在两者之间加上电压。当探针和样品表面相距只有数十埃时，由于隧道效应在探针与样品表面之间就会产生隧穿电流，并保持不变，若表面有微小起伏，那怕只有原子大小的起伏，也将使隧穿电流发生成千上万倍的变化，这种携带原子结构的信息，输入电子计算机，经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图象。
    鉴于卢斯卡发明电子显微镜的功绩，宾尼格、罗雷尔设计制造扫描隧道显微镜的业绩，瑞典皇家科学院决定，将1986年诺贝尔物理奖授予他们三人。

科学仪器 电子显微镜

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