發(fā)展電子顯微鏡

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　　盧斯卡，德國柏林工程大學(xué)的一名年輕研究員，在1932年制造了第一個電子顯微鏡——一個改進(jìn)的陰極射線示波器，獲得了銅網(wǎng)的放大圖像——第一個由電子束形成的圖像，加速電壓為7萬，最初的放大率只有12倍。雖然放大率很小，但它驗(yàn)證了電子束和電子鏡頭可以形成與光學(xué)圖像相同的電子圖像。

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　　經(jīng)過不斷改進(jìn)，盧斯卡在1933年制作了二級放大電子顯微鏡，獲得了1萬倍的金屬箔和纖維放大圖像。

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　　1937年，應(yīng)西門子的邀請，盧斯卡建立了超顯微鏡實(shí)驗(yàn)室。1939年，西門子制造了世界上最早的實(shí)用電子顯微鏡，分辨率達(dá)到30埃，并投入批量生產(chǎn)。

　　電子顯微鏡的出現(xiàn)使人類的洞察力提高了數(shù)百倍。它不僅可以看到病毒，還可以看到一些大分子，甚至可以看到一些特殊材料樣品中的原子。

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　　電子顯微鏡下的纖維

　　隧道顯微鏡掃描

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　　1978年，德國學(xué)者賓尼格和瑞士學(xué)者羅雷爾系統(tǒng)地展示了一種新型的物理探測器——掃描隧道顯微鏡，并于1982年成功制造。這種新型顯微鏡可以放大3億倍，最小可分辨的兩點(diǎn)距離是原子直徑的1/10。

　　掃描隧道顯微鏡采用了一種新的工作原理。它利用電子隧道的現(xiàn)象，將樣品本身作為電極，而另一個電極是一個非常鋒利的探頭。當(dāng)探頭與樣品表面之間的距離僅為幾十埃時，由于隧道效應(yīng)會在探頭與樣品表面之間產(chǎn)生隧道穿越電流，并保持不變。如果表面略有波動，即使只有原子大小的波動，穿越隧道的電流也會變化數(shù)千倍。這種帶有原子結(jié)構(gòu)的信息可以通過輸入計(jì)算機(jī)在顯示屏上顯示三維圖像。

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　　電子顯微鏡的類型和原理

　　根據(jù)結(jié)構(gòu)和用途，電子顯微鏡可分為散射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡等。

　　電子顯微鏡是一種儀器，根據(jù)電子光學(xué)原理，用電子束和電子鏡片代替光束和光學(xué)在非常高的放大倍數(shù)下微小結(jié)構(gòu)成像。

　　散射電子顯微鏡

　　透射電鏡，即散射電子顯微鏡，一般稱為電子顯微鏡或電子顯微鏡，是最常用的一種電鏡。

　　工作原理：在真空環(huán)境中，電子束加速后，通過樣品產(chǎn)生透射電子和散射電子。在電磁透鏡的作用下，它們在熒光屏上顯示圖像。當(dāng)電子束投影到樣品中時，相應(yīng)的電子發(fā)射可能隨組織組成密度的不同而發(fā)生。例如，當(dāng)電子束投影到高質(zhì)量結(jié)構(gòu)時，電子傳輸更多，因此投影到顯示屏上的電子圖像較少且為暗，電子照片為黑色。

　　掃描電子顯微鏡

　　掃描電子顯微鏡就是掃描電子顯微鏡。主要用于觀察樣品表面形狀、斷面結(jié)構(gòu)、管腔內(nèi)表面結(jié)構(gòu)等。

　　工作原理：掃描電子顯微鏡使用二次電子信號成像來觀察樣品的表面形狀。用非常精細(xì)的電子束掃描樣品表面，激發(fā)樣品表面釋放二次電子，用專用探測器收集產(chǎn)生的二次電子，產(chǎn)生電信號并將其運(yùn)輸?shù)斤@示管，并在顯示屏上顯示物體(細(xì)胞、組織)表面的三維圖像可以拍攝成照片。

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　　應(yīng)用電子顯微鏡

　　1.物理

　　研究分子和原子形態(tài);探索晶體膜位錯和層錯;探索表面物理變化等。

　　2.化學(xué)

　　聚合物結(jié)構(gòu)和性能研究;探索一些有機(jī)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形式和添加劑;催化劑探索：研究各種無機(jī)材料的性能、結(jié)構(gòu)和雜質(zhì);甚至探索一些化學(xué)反應(yīng)過程。

　　3.生物學(xué)

　　生物學(xué)、分子遺傳學(xué)和遺傳工程方面的研究;昆蟲分類研究：合成蛋白質(zhì)和各種細(xì)菌;探索病毒、噬菌體和其他微生物。