医学百科

电子显微镜

1 拼音

diàn zǐ xiǎn wēi jìng

2 英文参考

electronmicroscope

eletron microscope

EM

EMS

microscope,electron

supermicroscope

3 注解

普通光学显微镜通过提高和改善透镜性能,使放大率达到1000-1500倍左右,但一直未超过2000倍,这是由于普通光学显微镜的放大能力受光的波长的限制。有人采用波长比可见光更短的紫外线,放大能力也不过再提高一倍左右。

要想看到组成物质的最小单位——原子,光学显微镜的分辨本领还差3-4个量级。为了从更高的层次上研究物质的结构,必须另辟蹑径,创造出功能更强的显微镜。

有人设想用波长比紫外线更短的X射线,这种显微镜的放大能力和分辨本领一定会大大提高,但是找不到适用于X射线的透镜。

20世纪20年代法国科学家德布罗意发现电子流也具有波动性,其波长与能量有确定的关系,能量越大波长越短,比如电子经 1000伏特的电场加速后其波长是0.388埃,用10万伏电场加速后波长只有0.0387埃。于是科学家们就想到是否可以用电子束来代替光波?这是电子显微镜即将诞生的一个先兆。

用电子束来制造显微镜,关键是找到能使电子束聚焦的透镜,显然一般光学透镜是无法会聚电子束的。

1923年,德国科学家蒲许提出了关干电子在磁场中运动的理论。他指出:“具有轴对称性的磁场对电子束来说起着透镜的作用。”这样,蒲许就从理论上解决了电子显微镜的透镜问题,因为对电子束来说,磁场显示出透镜的作用,所以称为“磁透镜”。

德国柏林工科大学的年轻研究员卢斯卡,1932年制作了第一台电子显微镜??它是一台经过改进的阴极射线示波器,成功地得到了铜网的放大像??第一次由电子束形成的图像。加速电压为7万伏,最初放大率仅为12倍。尽管放大率微不足道,但它却证实了使用电子束和电子透镜可形成与光学像相同的电子像。

经过不断地改进,1933年卢斯卡制成了二级放大的电子显微镜,获得了金属箔和纤维的1万倍的放大像。

1937年应西门子公司的邀请,卢斯卡建立了超显微镜学实验室。1939年西门子公司制造出分辨本领达到30埃的世界上最早的实用电子显微镜,并投入批量生产。

电子显微镜的出现使人类的洞察能力提高了好几百倍,不仅看到了病毒,而且看见了一些大分子,即使经过特殊制备的某些类型材料样品里的原子,也能够被看到。

但是,受电子显微镜本身的设计原理和现代加工技术手段的限制,目前它的分辨本领已经接近极限。要进一步研究比原子尺度更小的微观世界,必须要有概念和原理上的根本突破。

1978年一种新的物理探测系统??“扫描隧道显微镜”已被德国学者宾尼格和瑞士学者罗雷尔系统地论证了,并于1982年制造成功。这种新型的显微镜,放大倍数可达3亿倍,最小可分辨的两点距离为原子直径的1/ 10,也就是说它的分辨率高达0.l埃。

扫描隧道显微镜采用了全新的工作原理,它利用一种奇妙的电子隧道现象,将样品本身作为一个电极,另一个电极是一根非常尖锐的探针,把探针移近样品,并在两者之间加上电压。当探针和样品表面相距只有数十埃时,由于隧道效应在探针与样品表面之间就会产生隧穿电流,并保持不变,若表面有微小起伏,那怕只有原子大小的起伏,也将使隧穿电流发生成千上万倍的变化,这种携带原子结构的信息,输入电子计算机,经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图象。

鉴于卢斯卡发明电子显微镜的功绩,宾尼格、罗雷尔设计制造扫描隧道显微镜的业绩,瑞典皇家科学院决定,将1986年诺贝尔物理奖授予他们三人。

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