透射電子顯微鏡的發(fā)展

透射電子顯微鏡發(fā)展

　　透射電子顯微鏡簡(jiǎn)稱透射電鏡（TEM）。是利用高能電子束充當(dāng)照明光源而進(jìn)行放大成像的大型顯微分析設(shè)備，透射電子顯微鏡是一種具有高分辨率、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器，被廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)等研究領(lǐng)域。

透射電子顯微鏡簡(jiǎn)介

　　透射電子顯微鏡是把經(jīng)加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像，影像將在放大、聚焦后在成像器件(如熒光屏、膠片、以及感光耦合組件)上顯示出來(lái)。

　　由于電子的德布羅意波長(zhǎng)非常短，透射電子顯微鏡的分辨率比光學(xué)顯微鏡高的很多，可以達(dá)到0.1～0.2nm，放大倍數(shù)為幾萬(wàn)～百萬(wàn)倍。因此，使用透射電子顯微鏡可以用于觀察樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)，甚至可以用于觀察僅僅一列原子的結(jié)構(gòu)，比光學(xué)顯微鏡所能夠觀察到的Z小的結(jié)構(gòu)小數(shù)萬(wàn)倍。透射電子顯微鏡在中和物理學(xué)和生物學(xué)相關(guān)的許多科學(xué)領(lǐng)域都是重要的分析方法，如癌癥研究、病毒學(xué)、材料科學(xué)、以及納米技術(shù)、半導(dǎo)體研究等等。

　　在放大倍數(shù)較低的時(shí)候，透射電子顯微鏡成像的對(duì)比度主要是由于材料不同的厚度和成分造成對(duì)電子的吸收不同而造成的。而當(dāng)放大率倍數(shù)較高的時(shí)候，復(fù)雜的波動(dòng)作用會(huì)造成成像的亮度的不同，因此需要專業(yè)知識(shí)來(lái)對(duì)所得到的像進(jìn)行分析。通過使用透射電子顯微鏡不同的模式，可以通過物質(zhì)的化學(xué)特性、晶體方向、電子結(jié)構(gòu)、樣品造成的電子相移以及通常的對(duì)電子吸收對(duì)樣品成像。

透射電子顯微鏡發(fā)展歷史

　　1928年，柏林科技大學(xué)的高電壓技術(shù)教授阿道夫·馬蒂亞斯讓馬克斯·克諾爾來(lái)領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)研究小組來(lái)改進(jìn)陰極射線示波器。這個(gè)研究小組由幾個(gè)博士生組成，這些博士生包括恩斯特·魯斯卡和博多·馮·博里斯。這組研究人員考慮了透鏡設(shè)計(jì)和示波器的列排列，試圖通過這種方式來(lái)找到更好的示波器設(shè)計(jì)方案，同時(shí)研制可以用于產(chǎn)生低放大倍數(shù)(接近1:1)的電子光學(xué)原件。

　　diyi臺(tái)透射電子顯微鏡由馬克斯·克諾爾和恩斯特·魯斯卡在1931年研制，這個(gè)研究組于1933年研制了diyi臺(tái)分辨率超過可見光的透射電子顯微鏡，而diyi臺(tái)商用透射電子顯微鏡于1939年研制成功。diyi部實(shí)際工作的透射電子顯微鏡，現(xiàn)在在德國(guó)慕尼黑的的遺址博物館展出。恩斯特·阿貝Z開始指出，對(duì)物體細(xì)節(jié)的分辨率受到用于成像的光波波長(zhǎng)的限制，因此使用光學(xué)顯微鏡僅能對(duì)微米級(jí)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行放大觀察。通過使用由奧古斯特·柯勒和莫里茨·馮·羅爾研制的紫外光顯微鏡，可以將極限分辨率提升約一倍。然而，由于常用的玻璃會(huì)吸收紫外線，這種方法需要更昂貴的石英光學(xué)元件。當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為由于光學(xué)波長(zhǎng)的限制，無(wú)法得到亞微米分辨率的圖像。

　　自從20世紀(jì)60年代以來(lái)，商品透射電子顯微鏡都具有電子衍射功能，而且可以利用試樣后面的透鏡，選擇小至1微米的區(qū)域進(jìn)行衍射觀察，稱為選區(qū)電子衍射，而在試樣之后不用任何透鏡的情形稱高分辨電子衍射。帶有掃描裝置的透射電子顯微鏡可以選擇小至數(shù)千埃甚至數(shù)百埃的區(qū)域作電子衍射觀察，稱微區(qū)衍射。入射電子束一般聚焦在照相底板上，但也可以聚焦在試樣上，此時(shí)稱會(huì)聚束電子衍射。

透射電子顯微鏡的發(fā)展方向

　　目前，透射電子顯微術(shù)有幾個(gè)重要的發(fā)展方向：

　　1、分辨率的提升。分辨率一直是透射電子顯微鏡發(fā)展的目標(biāo)和方向，發(fā)展新一代單色器和球差校正器，進(jìn)一步提高透射電子顯微鏡的能量分辨率和空間分辨率，尤其是對(duì)低壓電鏡。

　　2、發(fā)展原位透射電鏡技術(shù)。原位透射電鏡在材料合成、化學(xué)催化、生命科學(xué)和能源材料領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，可以通過在原子尺度下實(shí)時(shí)觀察和控制氣相反應(yīng)和液相反應(yīng)的進(jìn)行，從而研究反應(yīng)的本質(zhì)機(jī)理等科學(xué)問題。

　　3、更加廣泛的應(yīng)用在生物大分子結(jié)構(gòu)研究中。冷凍電鏡在生物大分子結(jié)構(gòu)研究中的廣泛應(yīng)用，將推動(dòng)冷凍電鏡技術(shù)的不斷發(fā)展。冷凍電鏡在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越受到重視，成為連接生物大分子和細(xì)胞的紐帶和橋梁。

　　從透射電子顯微鏡的誕生到今天的八十多年來(lái)，人們借助透射電鏡解決了很多科學(xué)難題。透射電子顯微鏡也在不斷發(fā)展進(jìn)步，功能日益全面，性能日益改善，雖然在發(fā)展過程中還存在一些問題和挑戰(zhàn)，相信在眾科研工作者的共同努力下，問題終將解決，透射電子顯微鏡的各項(xiàng)技術(shù)也將進(jìn)一步發(fā)展和突破。

目錄：

透射電子顯微鏡的發(fā)展

透射電子顯微鏡的種類

透射電子顯微鏡的用途

透射電子顯微鏡的原理

透射電子顯微鏡樣品制備

透射電子顯微鏡的操作

透射電子顯微鏡的應(yīng)用

透射電子顯微鏡的技術(shù)

透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)