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电子显微镜的发展历程及作用应用范围

2024-07-21(634)次浏览

材料产业是国民经济的基础，具有举足轻重的地位。在国民经济需求的百余种关键材料中，约三分之一国内完全空白，约一半性能稳定性较差，部分材料受到国外严格管控，突破“卡脖子”的关键战略材料，具有十分重要的战...

材料产业是国民经济的基础，具有举足轻重的地位。在国民经济需求的百余种关键材料中，约三分之一国内完全空白，约一半性能稳定性较差，部分材料受到国外严格管控，突破“卡脖子”的关键战略材料，具有十分重要的战略意义。

关键战略材料的发展重点主要有特种合金、高性能复合材料、新型能源材料、新型生物医用材料、电子陶瓷和人工晶体、稀土功能材料、先进半导体材料等。它们是重大工程的基础，关键战略材料技术全面突破时代已经到来。我国的关键工程战略材料转移高端、加大国产化比重迫在眉睫。

而在材料的研制过程中，均会应用到电子显微镜对材料的结构和微观形貌进行表征，分析其对材料性能的影响，从而成功获得具备优异性能的关键战略材料。所以，电子显微镜是材料研制的核心设备。那么什么是电子显微镜呢？本文将揭开此精密仪器的神秘面纱。

什么是电子显微镜

电子显微镜是一种常用的高分辨率显微镜，能够对物质进行高分辨率成像和原子级别的分析，主要分为两类透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）。

● 电子显微镜的发展历程

丨1926年汉斯·布什研制了第一个磁力电子透镜。

丨1931年恩斯特·鲁斯卡和马克斯·克诺尔研制了第一台透射电子显微镜。

丨1934年锇酸被提议用来加强图像的对比度。

丨1937年第一台扫描透射电子显微镜推出。一开始研制电子显微镜最主要的目的是显示在光学显微镜中无法分辨的病原体如病毒等。

丨1949年可投射的金属薄片出现后材料学对电子显微镜的兴趣大增。

丨1960年代透射电子显微镜的加速电压越来越高来透视越来越厚的物质，此时电子显微镜达到了可以分辨原子的能力。

丨1980年代人们能够使用扫描电子显微镜观察湿样品。

丨1990年代中电脑越来越多地用来分析电子显微镜的图像，同时使用电脑也可以控制越来越复杂的透镜系统，同时电子显微镜的操作越来越简单。

电子显微镜工作原理

理论上，光学显微镜所能达到的最大分辨率，d 受到照射在样品上的光子波长 λ 以及光学系统的数值孔径 NA 的限制：

电子具有波粒二象性，而他们的波动特性意味着一束电子具有与一束电磁辐射相似的性质。电子波长可以通过徳布罗意公式使用电子的动能得出。由于在TEM中，电子的速度接近光速，需要对其进行相对论修正：

电子显微镜的应用

❶ 材料科学：电子显微镜在材料科学领域的应用非常广泛。它可以用于观察材料的微观结构、晶体结构和缺陷，对材料的物理、化学性质进行分析和表征，帮助研究人员了解材料的性能和行为，并指导新材料的设计与制备。

❷ 纳米技术：由于其高分辨率和原子级别分辨能力，电子显微镜成为纳米技术研究中不可或缺的工具。它可以用于观察纳米材料的形貌和结构，探究纳米尺度下的物理、化学和生物特性，为纳米器件和纳米结构的制备和优化提供支持。

❸ 生物学：电子显微镜在生物学研究中也有着重要的应用。它可以提供细胞、细胞器和生物分子等生物样品的高分辨率成像，帮助科研人员深入了解细胞和生物结构的组成和功能，研究生物分子相互作用和生物过程。

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