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、放大倍數高。光學顯微鏡已經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。 根據德布羅意的物質波理論，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相互作用產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。