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电子显微镜的发展史

作者:硬度计服务商创诚致佳
发布时间:2019-09-25

几百年来,人们一直用光学显微镜观察微观和探索眼睛看不到的世界,与19世纪的 显微镜相比,现在我们使用的普通光学显微镜功能多、自动化程度高、放大倍数高。光学 显微镜已经达到了分辨率的极限,对于使用可见光作为光源的显微镜,它的分辨率只能达 到光波的半波长左右,它的分辨率极限是0.2^,任何小于0. 2pLm的结构都没法识别出 来,使人类的探索受到了限制。因此,提高显微镜分辨率的途径之一就是设法减小光的波长。


进入20世纪,光电子技术得到了长足的发展,采用电子束来代替光是很好的主意。 根据德布罗意的物质波理论,运动的电子具有波动性,而且速度越快,它的“波长”就越 短。如果能把电子的速度加到足够快,并且汇聚它,就有可能用来放大物体。当电子的速 度加到很高时,电子显微镜的分辨率可以达到纳米级(10-9m),使很多在可见光下看不见 的物体在电子显微镜下显现了原形。因此,电子显微镜是20世纪最重要的发明之一凶。


1938年德国工程师Max KnoU和Ernst Ruska制造出了世界上第一台透射电子显微镜 (TEM),透射电子显微术(Transmission Electron Microscopy, TEM)是利用穿透薄膜试样 的电子束进行成像或微区分析的一种电子显微术。可获得高度局部化的信息,是分析晶体 结构、晶体不完整性、微区成分的综合技术⑴。


1952年英国工程师(Charles Oatley)制造岀了第一台扫描电子显微镜(SEM)O扫描 电子显微术(Scanning Electron Microscopy, SEM)电子束以光栅状方式照射试样表面,分 析入射电子和试样表面物质相互作用产生的各种信息来研究试样表面微区形貌、成分和晶体学性质的一种电子显微技术。

数码视频显微镜

1983年IBM公司苏黎世实验室的两位科学家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer发明了所 谓的扫描隧道显微镜(STM)。这种显微镜比电子显微镜更超前,它完全失去了传统显微 镜的概念。隧道扫描显微术(Scanning Tunneling Microscopy, STM)是利用量子隧道效应 的表面研究技术。能实时、原位观察样品最表面层的局域结构信息,能达到原子级的高分 辨率⑴。它没有镜头,使用一根探针,探针和物体之间加上电压。如果探针距离物体表面 很近,大约在纳米级的距离上,隧道效应就会起作用。电子会穿过物体与探针之间的空 隙,形成一股微弱的电流。如果探针与物体的距离发生变化,这股电流也会相应改变。这 样,通过测量电流我们就能知道物体表面的形状,分辨率可以达到单个原子的级别。电子 显微镜的分辨率已达到0.l~0.3nm,即与金属点阵中原子间距相当。


几十年来,随着新型电子显微镜的问世,形成了透射电子显微镜(TEM)、扫描电子 显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、扫描隧道显微镜(STM)、场离子显微镜 (FTM)、扫描激光声成像显微镜(SPAM)等电子显微镜家族。并在EBSD、探针、激光 探针、俄歇能谱仪等表面分析技术的配合下,使金相分析技术发展到一个新的阶段。电子 金相技术可对金属材料的断口形貌、组织结构以及微区化学成分等进行综合分析与测定, 进而对金属材料及其工件的质量控制、失效分析、新材料与工艺的研制等发挥着十分重要的作用。


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