資源中心
掃描電鏡發(fā)展回顧
發(fā)布時(shí)間:
2023-08-08 17:56
來(lái)源:
掃描電子顯微鏡(SEM)的發(fā)展歷程如同一部科技探險(xiǎn)小說(shuō)。它的起源和發(fā)展都與科學(xué)家們不斷的好奇心和對(duì)知識(shí)的追求緊密相關(guān)。
在20世紀(jì)初,隨著物理學(xué)和材料科學(xué)的快速發(fā)展,科學(xué)家們對(duì)微觀世界產(chǎn)生了濃厚的興趣。當(dāng)電子物理學(xué)的高速發(fā)展撞車傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡分辨率的限制,科學(xué)家們已經(jīng)無(wú)法看到超過(guò)200納米以下的微觀細(xì)節(jié),他們迫切需要一種更高分辨率的顯微鏡來(lái)觀察更小尺度的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。
這就是掃描電子顯微鏡應(yīng)運(yùn)而生的現(xiàn)實(shí)背景。
透射電子顯微鏡(TEM)和掃描電鏡(SEM)的構(gòu)想都是在20世紀(jì)30年代初提出來(lái)的。1931年,德國(guó)的卡諾爾(M.Knoll)和魯斯卡(E.Ruska)用冷陰極放電電子源和三個(gè)電子透鏡改裝了一臺(tái)高壓示波器,并獲得了放大 12 倍的圖像,他們發(fā)明的就是透射電子顯微鏡(簡(jiǎn)稱透射電鏡)。這個(gè)發(fā)明用事實(shí)證實(shí)了用電子顯微鏡來(lái)對(duì)微細(xì)的物體進(jìn)行放大成像是可行的。1934 年,經(jīng)過(guò)波尼斯(Ven Borries)和魯斯卡的不斷努力和改進(jìn),透射電鏡的分辨力達(dá)到了 50nm,突破了光學(xué)顯微鏡的分辨極限,于是透射電鏡開始受到科技界的重視。
20世紀(jì)40年代美國(guó)的希爾發(fā)明了消像散器,解決了由于電鏡中電磁透鏡的不完全旋轉(zhuǎn)對(duì)稱而造成的束斑不夠圓的問(wèn)題,使電子顯微鏡的分辨力有了新的突破。由于人們的電鏡設(shè)計(jì)能力和機(jī)械加工水平的逐年提高,以及科學(xué)家們的不斷改進(jìn),電子顯微鏡才達(dá)到了現(xiàn)在的高分辨水平。
最早提出和研發(fā)掃描電子顯微鏡的關(guān)鍵人物是德國(guó)物理學(xué)家馬克·馮·阿弗林(Max von Laue)和瑞典物理學(xué)家奧古斯特·特雷夫斯(August K. Tufte)。1938年,他們?cè)O(shè)計(jì)并制造了一臺(tái)最早的電子顯微鏡雛形,但由于技術(shù)限制和第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā),進(jìn)一步發(fā)展受到了阻礙。
20世紀(jì)50年代起,新一代科學(xué)家開始加入到掃描電子顯微鏡的研究中,掃描電子顯微鏡開始進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)代。1956年,美國(guó)物理學(xué)家埃爾文·米勒(Erwin Müller)研發(fā)出了最早的可行的原子尺度成像裝置,被視為掃描電子顯微鏡的奠基者。1965年,日本科學(xué)家阪本浩(Hiroshi Tanabe)和日野隆韋(Ryoei Hino)制造了首臺(tái)商用化的掃描電子顯微鏡,并開始推廣和應(yīng)用該技術(shù)。上世紀(jì)70年代,德國(guó)卡爾蔡司公司、荷蘭皇家飛利浦公司和美國(guó)埃里卡公司等開始大規(guī)模生產(chǎn)掃描電子顯微鏡,使其逐漸普及。而進(jìn)入80年代,美國(guó)物理學(xué)家吉山修一(Shuichi Yoshida)提出了場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡(Field Emission Scanning Electron Microscope,F(xiàn)E-SEM)的概念,進(jìn)一步提升了掃描電鏡的分辨率和精確成像的能力。
近年來(lái),隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展,掃描電子顯微鏡在材料科學(xué)、生物科學(xué)、納米科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,不斷推動(dòng)了其技術(shù)的創(chuàng)新和進(jìn)步。
不足百年的時(shí)間里,電子顯微鏡高速發(fā)展,電鏡的分辨力和檢測(cè)功能也在不斷地提高和增多,同功能的機(jī)型,其體積越來(lái)越小,應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣,性價(jià)比也在提高,普及也在日益加快。科學(xué)家們站在“巨人的肩膀”上不斷提出了新的理論,設(shè)計(jì)了關(guān)鍵的儀器和設(shè)備,推動(dòng)了掃描電子顯微鏡技術(shù)的進(jìn)步和商業(yè)化應(yīng)用。
總體而言,掃描電子顯微鏡的歷史是一個(gè)積極不斷探索和創(chuàng)新的過(guò)程。從最早的雛形到今天的高分辨率、高性能的設(shè)備,掃描電子顯微鏡已經(jīng)成為不可或缺的科學(xué)工具,為我們揭示了微觀世界的奧秘。
上一頁(yè)