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電子顯微鏡的發(fā)展歷程及作用應(yīng)用范圍

2024-07-21(703)次瀏覽

材料產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，具有舉足輕重的地位。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)需求的百余種關(guān)鍵材料中，約三分之一國(guó)內(nèi)完全空白，約一半性能穩(wěn)定性較差，部分材料受到國(guó)外嚴(yán)格管控，突破“卡脖子”的關(guān)鍵戰(zhàn)略材料，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

關(guān)鍵戰(zhàn)略材料的發(fā)展重點(diǎn)主要有特種合金、高性能復(fù)合材料、新型能源材料、新型生物醫(yī)用材料、電子陶瓷和人工晶體、稀土功能材料、先進(jìn)半導(dǎo)體材料等。它們是重大工程的基礎(chǔ)，關(guān)鍵戰(zhàn)略材料技術(shù)全面突破時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。我國(guó)的關(guān)鍵工程戰(zhàn)略材料轉(zhuǎn)移高端、加大國(guó)產(chǎn)化比重迫在眉睫。

而在材料的研制過(guò)程中，均會(huì)應(yīng)用到電子顯微鏡對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和微觀(guān)形貌進(jìn)行表征，分析其對(duì)材料性能的影響，從而成功獲得具備優(yōu)異性能的關(guān)鍵戰(zhàn)略材料。所以，電子顯微鏡是材料研制的核心設(shè)備。那么什么是電子顯微鏡呢？本文將揭開(kāi)此精密儀器的神秘面紗。

什么是電子顯微鏡

電子顯微鏡是一種常用的高分辨率顯微鏡，能夠?qū)ξ镔|(zhì)進(jìn)行高分辨率成像和原子級(jí)別的分析，主要分為兩類(lèi)透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）。

● 電子顯微鏡的發(fā)展歷程

丨1926年漢斯·布什研制了第一個(gè)磁力電子透鏡。

丨1931年恩斯特·魯斯卡和馬克斯·克諾爾研制了第一臺(tái)透射電子顯微鏡。

丨1934年鋨酸被提議用來(lái)加強(qiáng)圖像的對(duì)比度。

丨1937年第一臺(tái)掃描透射電子顯微鏡推出。一開(kāi)始研制電子顯微鏡最主要的目的是顯示在光學(xué)顯微鏡中無(wú)法分辨的病原體如病毒等。

丨1949年可投射的金屬薄片出現(xiàn)后材料學(xué)對(duì)電子顯微鏡的興趣大增。

丨1960年代透射電子顯微鏡的加速電壓越來(lái)越高來(lái)透視越來(lái)越厚的物質(zhì)，此時(shí)電子顯微鏡達(dá)到了可以分辨原子的能力。

丨1980年代人們能夠使用掃描電子顯微鏡觀(guān)察濕樣品。

丨1990年代中電腦越來(lái)越多地用來(lái)分析電子顯微鏡的圖像，同時(shí)使用電腦也可以控制越來(lái)越復(fù)雜的透鏡系統(tǒng)，同時(shí)電子顯微鏡的操作越來(lái)越簡(jiǎn)單。

電子顯微鏡工作原理

理論上，光學(xué)顯微鏡所能達(dá)到的最大分辨率，d 受到照射在樣品上的光子波長(zhǎng) λ 以及光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑 NA 的限制：

電子具有波粒二象性，而他們的波動(dòng)特性意味著一束電子具有與一束電磁輻射相似的性質(zhì)。電子波長(zhǎng)可以通過(guò)徳布羅意公式使用電子的動(dòng)能得出。由于在TEM中，電子的速度接近光速，需要對(duì)其進(jìn)行相對(duì)論修正：

電子顯微鏡的應(yīng)用

? 材料科學(xué)：電子顯微鏡在材料科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。它可以用于觀(guān)察材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和缺陷，對(duì)材料的物理、化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析和表征，幫助研究人員了解材料的性能和行為，并指導(dǎo)新材料的設(shè)計(jì)與制備。

? 納米技術(shù)：由于其高分辨率和原子級(jí)別分辨能力，電子顯微鏡成為納米技術(shù)研究中不可或缺的工具。它可以用于觀(guān)察納米材料的形貌和結(jié)構(gòu)，探究納米尺度下的物理、化學(xué)和生物特性，為納米器件和納米結(jié)構(gòu)的制備和優(yōu)化提供支持。

? 生物學(xué)：電子顯微鏡在生物學(xué)研究中也有著重要的應(yīng)用。它可以提供細(xì)胞、細(xì)胞器和生物分子等生物樣品的高分辨率成像，幫助科研人員深入了解細(xì)胞和生物結(jié)構(gòu)的組成和功能，研究生物分子相互作用和生物過(guò)程。

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