電子顯微鏡的發(fā)展歷程

1、“科學(xué)之眼“越來越亮“科學(xué)之眼“越來越亮——電子顯微鏡的發(fā)展歷程電子顯微鏡的發(fā)展歷程摘要摘要：Ruska和Knowll在1932年（有說是1931年和1933年的）研制成功第一臺(tái)電子顯微鏡。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用到自然科學(xué)的許多學(xué)科中，并且極大推動(dòng)了這些學(xué)科的發(fā)展。在七十年代電子顯微鏡終于實(shí)現(xiàn)了人們直接觀察原子的長(zhǎng)期愿望，電子顯微鏡成了“科學(xué)之眼”。一門新興的電子顯微學(xué)因此而誕生。而Ruska也因此而獲得1986年諾貝爾物理獎(jiǎng)

2、。在生命科學(xué)，由于電子顯微鏡技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，改變了細(xì)胞學(xué)、組織學(xué)、病毒學(xué)、分類學(xué)和分子生物學(xué)等的面貌，促使生物學(xué)從細(xì)胞水平進(jìn)入到分子水平；它也成為生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)林等學(xué)科研究工作中極為重要的手段。近年來，我國(guó)擁有越來越多的電子顯微鏡，應(yīng)用也越廣泛，不少高等院校都相繼開設(shè)相關(guān)的課程?！翱茖W(xué)之眼”不僅在外國(guó)，在我國(guó)也會(huì)越來越亮，開花結(jié)果，前途光明。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：電子顯微鏡掃描電子顯微鏡透射電子顯微鏡掃描透射顯微鏡正文正文：電子顯微鏡

3、問世已有半個(gè)多世紀(jì)了，但其應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)，尤其是細(xì)胞學(xué)的研究方面才只有二十余年的歷史。我國(guó)學(xué)者在六十年代初期開始這方面的工作。下面我們來看一下電子顯微鏡的總體發(fā)展歷程。一電子顯微鏡的總體發(fā)展歷程一電子顯微鏡的總體發(fā)展歷程人類對(duì)于生物微觀世界的認(rèn)識(shí)過程，有著一段漫長(zhǎng)的歷史。荷蘭人列文虎克(Leeuwenhoek)在300年前創(chuàng)制成功世界上第一架顯微鏡，發(fā)現(xiàn)了當(dāng)時(shí)人們還不知道的微生物世界。這是顯微鏡第一次顯示其巨大作用。早在一百年以前，

4、樸率克(Plucker)就曾在蓋斯雷管的陰極近管壁上發(fā)現(xiàn)過一種黃綠色的光輝，但他當(dāng)時(shí)對(duì)這一現(xiàn)象并無認(rèn)識(shí)，未予重視。自從1924年德布羅意提出了電子與光一樣，具有波動(dòng)性的假說和1926年Busch發(fā)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱、不均勻的磁場(chǎng)可作為一個(gè)用于聚焦電子束的透鏡，就為后來的電子顯微鏡的問世奠定了理論基礎(chǔ)，這就打開了電子光學(xué)的大門。經(jīng)六年后，到1932年克諾露(Knoll)及魯斯卡(Ruska)等人首次發(fā)表了關(guān)于電子顯微鏡的實(shí)驗(yàn)和理論研究，并試制成

5、功第一臺(tái)電磁式電子顯微鏡。為了獲得較大的放大能力，人們又研究制造了短焦距的電磁透鏡，它除了會(huì)聚透鏡外，再利用兩個(gè)透鏡作連續(xù)兩次的造像。到1934年魯斯卡和馬頓(Marton)分別制成了新型復(fù)式電子顯微鏡。近代的電磁式電子顯微鏡在具體結(jié)構(gòu)上已經(jīng)有了很大改進(jìn)。Ruska和Knowll在1932年（有說是1931年和1933年的）研制成功第一臺(tái)電子顯微鏡。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用到自然科學(xué)的許多學(xué)科中，并且極大推動(dòng)了這些學(xué)科的發(fā)展。在

6、七十年（1）常規(guī)的TEM：加速電壓為100～200kV。代表性產(chǎn)品有日本電子的JEM2010，日立的H8000，菲利浦的CM200，F(xiàn)EI的TECNAI20.200kV透射電鏡的分辨率可達(dá)1.9.（2）中壓TEM：加速電壓為300～400kV。代表性產(chǎn)品有日本電子的JEM3010、JEM4000，日立的H9500，F(xiàn)EI的TECNAIF30。300kV透射電鏡的分辨率可達(dá)1.7，400kV透射電鏡的分辨率可達(dá)1.63.（3）高壓TEM：

7、加速電壓為1000kV。代表性產(chǎn)品有JEM1000，日立公司還制造了世界上最大的3000kV的透射電鏡。目前1000kV的透射電鏡最高分辨率可達(dá)1.目前用的最多的透射電鏡是200kV和300kV的電鏡，高壓電鏡由于價(jià)格昂貴，體積龐大，用得很少。1949年以前，由于很難制備出能讓電子束穿過的薄金屬樣品，開始用透射電鏡直接觀察試樣。隨后，荷蘭的Bollnan和英國(guó)劍橋大學(xué)的赫什(PeterB.Hirsch)研究組進(jìn)一步發(fā)展這一技術(shù)。特別是H

8、irsch研究組，發(fā)展了電子衍襯理論，可以解悉電子束穿過試樣形成的電子衍襯像，開創(chuàng)了用透射電鏡直接觀察試樣的時(shí)代，為電子顯微鏡在材料學(xué)的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代，美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)的考利(JohnCowley)和澳大利亞墨爾本大學(xué)的穆迪(AlexMoodie)建立了高分辨電子顯微想的理論與技術(shù)，發(fā)展了高分辨電子顯微學(xué)。20世紀(jì)80年代，發(fā)展了高空間分辨分析電子顯微學(xué)，人們可采用高分辨技術(shù)、微衍射、電子能量損失譜、電子能譜儀等對(duì)

9、很小范圍內(nèi)（約1nm）的區(qū)域進(jìn)行電子像、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分的研究，將電子顯微分析技術(shù)在材料學(xué)中的研究大大地拓展了。20世紀(jì)90年代，由于納米科技的飛速發(fā)展，對(duì)電子顯微分析技術(shù)的要求越來越高，進(jìn)一步推動(dòng)了電子顯微學(xué)的發(fā)展。目前，透射電鏡已發(fā)展到了球差校正透射電鏡的階段。早在1935年，Knoll在設(shè)計(jì)透射電子顯微鏡的同時(shí)，就提出了掃描電子顯微鏡的原理及設(shè)計(jì)思想。下面我們來關(guān)注一下掃描電子顯微鏡的發(fā)展歷程。三掃描電子顯微鏡的發(fā)展歷程三掃描電

10、子顯微鏡的發(fā)展歷程如果說光學(xué)顯微鏡處于“老年”、透射電鏡處于“壯年”時(shí)代的話，那么掃描電鏡是剛進(jìn)入“青少年”的時(shí)代。掃描電子顯微鏡(scanningelectronmicroscope簡(jiǎn)稱掃描電鏡SEM)的基本組成是透鏡系統(tǒng)、電子槍系統(tǒng)、電子收集系統(tǒng)和觀察記錄系統(tǒng)，以及相關(guān)的電子系統(tǒng)?，F(xiàn)在工人掃描電鏡的概念最早是由德國(guó)的Knoll在1935年提出來的，1938年VonArdenne在透射電鏡上加了個(gè)掃描線圈做出了掃描透射顯微鏡（STEM