電子顯微鏡的發(fā)展史

電子顯微鏡的發(fā)展史

幾百年來(lái)，人們一直用光學(xué)顯微鏡觀(guān)察微觀(guān)和探索眼睛看不到的世界，與19世紀的 顯微鏡相比，現在我們使用的普通光學(xué)顯微鏡功能多、自動(dòng)化程度高、放大倍數高。光學(xué)顯微鏡已經(jīng)達到了分辨率的極限，對于使用可見(jiàn)光作為光源的顯微鏡，它的分辨率只能達 到光波的半波長(cháng)左右，它的分辨率極限是0.2^，任何小于0. 2pLm的結構都沒(méi)法識別出 來(lái)，使人類(lèi)的探索受到了限制。因此，提高顯微鏡分辨率的途徑之一是設法減小光的波長(cháng)。

進(jìn)入20世紀，光電子技術(shù)得到了長(cháng)足的發(fā)展，采用電子束來(lái)代替光是很好的主意。 根據德布羅意的物質(zhì)波理論，運動(dòng)的電子具有波動(dòng)性，而且速度越快，它的“波長(cháng)”越 短。如果能把電子的速度加到足夠快，并且匯聚它，有可能用來(lái)放大物體。當電子的速 度加到很高時(shí)，電子顯微鏡的分辨率可以達到納米級(10-9m)，使很多在可見(jiàn)光下看不見(jiàn) 的物體在電子顯微鏡下顯現了原形。因此，電子顯微鏡是20世紀*重要的發(fā)明之一兇。

1938年德國工程師Max KnoU和Ernst Ruska制造出了世界上*臺透射電子顯微鏡 ，透射電子顯微術(shù)是利用穿透薄膜試樣 的電子束進(jìn)行成像或微區分析的一種電子顯微術(shù)?？色@得高度局部化的信息，是分析晶體 結構、晶體不完整性、微區成分的綜合技術(shù)。

1952年英國工程師制造岀了*臺掃描電子顯微鏡(SEM)O掃描 電子顯微術(shù)電子束以光柵狀方式照射試樣表面，分析入射電子和試樣表面物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的各種信息來(lái)研究試樣表面微區形貌、成分和晶體學(xué)性質(zhì)的一種電子顯微技術(shù)。

1983年IBM公司蘇黎世實(shí)驗室的兩位科學(xué)家發(fā)明了所 謂的掃描隧道顯微鏡。這種顯微鏡比電子顯微鏡更超前，它*失去了傳統顯微 鏡的概念。隧道掃描顯微術(shù)是利用量子隧道效應 的表面研究技術(shù)。能實(shí)時(shí)、原位觀(guān)察樣品*表面層的局域結構信息，能達到原子級的高分辨率⑴。它沒(méi)有鏡頭，使用一根探針，探針和物體之間加上電壓。如果探針距離物體表面 很近，大約在納米級的距離上，隧道效應*會(huì )起作用。電子會(huì )穿過(guò)物體與探針之間的空 隙，形成一股微弱的電流。如果探針與物體的距離發(fā)生變化，這股電流也會(huì )相應改變。這 樣，通過(guò)測量電流我們*能知道物體表面的形狀，分辨率可以達到單個(gè)原子的級別。電子 顯微鏡的分辨率已達到0.l~0.3nm,即與金屬點(diǎn)陣中原子間距相當。

幾十年來(lái)，隨著(zhù)新型電子顯微鏡的問(wèn)世，形成了透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子 顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、掃描隧道顯微鏡(STM)、場(chǎng)離子顯微鏡 (FTM)、掃描激光聲成像顯微鏡(SPAM)等電子顯微鏡家族。并在EBSD、探針、激光 探針、俄歇能譜儀等表面分析技術(shù)的配合下，使金相分析技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新的階段。電子 金相技術(shù)可對金屬材料的斷口形貌、組織結構以及微區化學(xué)成分等進(jìn)行綜合分析與測定, 進(jìn)而對金屬材料及其工件的質(zhì)量控制、失效分析、新材料與工藝的研制等發(fā)揮著(zhù)十分重要的作用。