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電子顯微鏡的發展歷程及作用應用范圍

2024-07-21(554)次瀏覽

材料產業是國民經濟的基礎，具有舉足輕重的地位。在國民經濟需求的百余種關鍵材料中，約三分之一國內完全空白，約一半性能穩定性較差，部分材料受到國外嚴格管控，突破“卡脖子”的關鍵戰略材料，具有十分重要的戰...

材料產業是國民經濟的基礎，具有舉足輕重的地位。在國民經濟需求的百余種關鍵材料中，約三分之一國內完全空白，約一半性能穩定性較差，部分材料受到國外嚴格管控，突破“卡脖子”的關鍵戰略材料，具有十分重要的戰略意義。

關鍵戰略材料的發展重點主要有特種合金、高性能復合材料、新型能源材料、新型生物醫用材料、電子陶瓷和人工晶體、稀土功能材料、先進半導體材料等。它們是重大工程的基礎，關鍵戰略材料技術全面突破時代已經到來。我國的關鍵工程戰略材料轉移高端、加大國產化比重迫在眉睫。

而在材料的研制過程中，均會應用到電子顯微鏡對材料的結構和微觀形貌進行表征，分析其對材料性能的影響，從而成功獲得具備優異性能的關鍵戰略材料。所以，電子顯微鏡是材料研制的核心設備。那么什么是電子顯微鏡呢？本文將揭開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，能夠對物質進行高分辨率成像和原子級別的分析，主要分為兩類透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）。

● 電子顯微鏡的發展歷程

丨1926年漢斯·布什研制了第一個磁力電子透鏡。

丨1931年恩斯特·魯斯卡和馬克斯·克諾爾研制了第一臺透射電子顯微鏡。

丨1934年鋨酸被提議用來加強圖像的對比度。

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

丨1949年可投射的金屬薄片出現后材料學對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越高來透視越來越厚的物質，此時電子顯微鏡達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察濕樣品。

丨1990年代中電腦越來越多地用來分析電子顯微鏡的圖像，同時使用電腦也可以控制越來越復雜的透鏡系統，同時電子顯微鏡的操作越來越簡單。

電子顯微鏡工作原理

理論上，光學顯微鏡所能達到的最大分辨率，d 受到照射在樣品上的光子波長 λ 以及光學系統的數值孔徑 NA 的限制：

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

電子顯微鏡的應用

? 材料科學：電子顯微鏡在材料科學領域的應用非常廣泛。它可以用于觀察材料的微觀結構、晶體結構和缺陷，對材料的物理、化學性質進行分析和表征，幫助研究人員了解材料的性能和行為，并指導新材料的設計與制備。

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

? 生物學：電子顯微鏡在生物學研究中也有著重要的應用。它可以提供細胞、細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胞和生物結構的組成和功能，研究生物分子相互作用和生物過程。

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