電子顯微鏡的發(fā)展史
電子顯微鏡的發(fā)展史
幾百年來,人們一直用光學顯微鏡觀察微觀和探索眼睛看不到的世界,與19世紀的 顯微鏡相比,現(xiàn)在我們使用的普通光學顯微鏡功能多、自動化程度高、放大倍數(shù)高。光學顯微鏡已經(jīng)達到了分辨率的極限,對于使用可見光作為光源的顯微鏡,它的分辨率只能達 到光波的半波長左右,它的分辨率極限是0.2^,任何小于0. 2pLm的結構都沒法識別出 來,使人類的探索受到了限制。因此,提高顯微鏡分辨率的途徑之一是設法減小光的波長。
進入20世紀,光電子技術得到了長足的發(fā)展,采用電子束來代替光是很好的主意。 根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波理論,運動的電子具有波動性,而且速度越快,它的“波長”越 短。如果能把電子的速度加到足夠快,并且匯聚它,有可能用來放大物體。當電子的速 度加到很高時,電子顯微鏡的分辨率可以達到納米級(10-9m),使很多在可見光下看不見 的物體在電子顯微鏡下顯現(xiàn)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 ,透射電子顯微術是利用穿透薄膜試樣 的電子束進行成像或微區(qū)分析的一種電子顯微術??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(qū)成分的綜合技術。
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)生的各種信息來研究試樣表面微區(qū)形貌、成分和晶體學性質(zhì)的一種電子顯微技術。
1983年IBM公司蘇黎世實驗室的兩位科學家發(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(tǒng)顯微 鏡的概念。隧道掃描顯微術是利用量子隧道效應 的表面研究技術。能實時、原位觀察樣品*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*會起作用。電子會穿過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,這股電流也會相應改變。這 樣,通過測量電流我們*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,即與金屬點陣中原子間距相當。
幾十年來,隨著新型電子顯微鏡的問世,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的配合下,使金相分析技術發(fā)展到一個新的階段。電子 金相技術可對金屬材料的斷口形貌、組織結構以及微區(qū)化學成分等進行綜合分析與測定, 進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)揮著十分重要的作用。
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