第7章 透射电子显微镜1

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1、第二章第二章 透射电子显微镜透射电子显微镜用用36个氙原子排出个氙原子排出“IBM”三个字母三个字母 AFM针尖对基质针尖对基质Au-Pa合金上的机械合金上的机械刻蚀，书写了世界上最小的唐诗刻蚀，书写了世界上最小的唐诗 10m10m1986年的诺贝年的诺贝尔物理学奖尔物理学奖1924年年，德国科学家，德国科学家德布罗意德布罗意指出，任何一种接近光速运动的粒指出，任何一种接近光速运动的粒子都具有波动本质。子都具有波动本质。1926-1927年年，Davisson, Germer, Thompson Reid用电子衍射现象用电子衍射现象验证了电子的波动性，发现电子波长比验证了电子的波动性，发现电子

2、波长比X光还短，从而联想到用光还短，从而联想到用电子射线代替可见光照明样品制作电子显微镜，以克服光波长在电子射线代替可见光照明样品制作电子显微镜，以克服光波长在分辨率上的局限性。分辨率上的局限性。1926年年德国学者德国学者Busch指出指出“具有轴对称的磁场对电子束起着透具有轴对称的磁场对电子束起着透镜的作用，有可能使电子束聚焦成像镜的作用，有可能使电子束聚焦成像”，为电子显微镜的制作提，为电子显微镜的制作提供了理论依据。供了理论依据。1931年年，德国学者，德国学者Knoll及及Ruska获得了放大获得了放大12-17倍的电子光学倍的电子光学系统中的光阑的像，证明可用电子束和电磁透镜得到电

3、子像。但系统中的光阑的像，证明可用电子束和电磁透镜得到电子像。但还不是真正的电子显微镜，因为它没有样品台。还不是真正的电子显微镜，因为它没有样品台。1931-1933年年，Ruska对以上装置进行改进，做出了世界上第一台对以上装置进行改进，做出了世界上第一台投射电子显微镜。投射电子显微镜。1934年年，电子显微镜的分辨率已达，电子显微镜的分辨率已达500。Ruska因此获得了因此获得了1986年年的的诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖。注意注意,这个赞词中回避了这个赞词中回避了“发明发明”电子显微镜这个字眼电子显微镜这个字眼,这不是一时马虎这不是一时马虎,而是深思熟虑的结果。因为西门子公而是深思熟虑

4、的结果。因为西门子公司的司的Rdenberg 已在已在1931.5.28向德、法、美等国的专向德、法、美等国的专利局提出用磁透镜或静电透镜制造电子显微镜的专利利局提出用磁透镜或静电透镜制造电子显微镜的专利申请申请(这是第一次出现电子显微镜这个名词这是第一次出现电子显微镜这个名词) 。从专利优先角度来看，从专利优先角度来看，Rdenberg 应是电镜的发明人。应是电镜的发明人。 Rdenberg 是一位著名的电子物理学家是一位著名的电子物理学家,除了在西门除了在西门子公司任科技部总工程师子公司任科技部总工程师,还兼任柏林高工电机系教还兼任柏林高工电机系教授。无论在授。无论在学识、经验和远见方面都

5、很强学识、经验和远见方面都很强。据据Rdenberg 及他儿子说，及他儿子说，1930 年他的另一个儿子年他的另一个儿子得了小儿麻痹症，这是由一种过滤性病毒引起的，得了小儿麻痹症，这是由一种过滤性病毒引起的，受到分辨率的限制受到分辨率的限制,光学显微镜对此无能为力。光学显微镜对此无能为力。Rdenberg 为此曾想到用为此曾想到用X射线或电子束制造分辨率射线或电子束制造分辨率更高的显微镜。更高的显微镜。他从来没有发表过这方面的论文他从来没有发表过这方面的论文,在电镜界也不知名。在电镜界也不知名。他从来没做过磁透镜成像工作他从来没做过磁透镜成像工作, 全凭理论推测得出。全凭理论推测得出。对于对于

6、Rdenberg的电镜专利申请，的电镜专利申请，Knoll 是是有看法的。有看法的。因为在因为在1931 年年5 月里月里,Rdenberg 的助手的助手M. Steenbeck曾曾去去Knoll 的实验室参观的实验室参观。了解到了解到Ruska的实验结果的实验结果,并且看到了并且看到了Knoll 将在将在6 月月4 日做的有关日做的有关Ruska工作的学术报告手稿，题目是工作的学术报告手稿，题目是“阴阴极射线示波器的设计及新结构的原理极射线示波器的设计及新结构的原理”，在他们的第，在他们的第一篇论文中也没提到电子显微镜。一篇论文中也没提到电子显微镜。就在就在Knoll 的的6 月月4 日学术

7、报告的前几天，日学术报告的前几天，Rdenberg 代表西门子公司在代表西门子公司在5月月28日向德、法、美等国的专利日向德、法、美等国的专利局提出了电子显微镜的专利申请。因此局提出了电子显微镜的专利申请。因此Knoll 和和Ruska 产生一些怀疑也是可以理解的。产生一些怀疑也是可以理解的。 1956年年7月，月，Steenbeck从前苏联回到东德。那时，从前苏联回到东德。那时，Knoll 也从美国回到西德也从美国回到西德,他仍念念不忘他仍念念不忘Steenbeck 曾在曾在Rdenberg 申请专利前去他的实验室参观一事。申请专利前去他的实验室参观一事。Knoll在在1960 年年10 月

8、月17 日写了一封信给日写了一封信给Steenbeck ,希希望了解当时的具体情况。望了解当时的具体情况。Steenbeck 在在11 月月8 日的复信日的复信中承认了他在参观后向中承认了他在参观后向Rdenberg 做了汇报，并说做了汇报，并说“Rdenberg 的申请肯定是我访问你的结果，也肯定的申请肯定是我访问你的结果，也肯定是从我的见闻中得到的启迪是从我的见闻中得到的启迪”。电子显微镜的发明开辟了直接观察原子的途径，早在电子显微镜的发明开辟了直接观察原子的途径，早在几十年前就应得诺贝尔奖，由于有上述瓜葛，直到几十年前就应得诺贝尔奖，由于有上述瓜葛，直到50年后，所有其它有争议的人都已过

9、世，才颁发给理应年后，所有其它有争议的人都已过世，才颁发给理应得此殊荣而又硕果仅存在的得此殊荣而又硕果仅存在的Ruska。Ruska 得奖后两年得奖后两年逝世逝世，幸亏他长寿，不然也就与诺贝尔奖失之交臂了。，幸亏他长寿，不然也就与诺贝尔奖失之交臂了。 Ruska 一直不以电镜发明人自居一直不以电镜发明人自居, 而只是说自己是而只是说自己是“引路人引路人” 。在他获得诺贝尔奖后做的诺贝尔演讲的在他获得诺贝尔奖后做的诺贝尔演讲的标题是标题是“电子显微镜的发展与电子显微学电子显微镜的发展与电子显微学”报告中未报告中未用用“发明发明”这个词这个词, 也没提到也没提到Rdenberg。尽管如此尽管如此,

10、 虽然老虽然老Rdenberg 过世过世,他的他的两个儿子两个儿子在美在美国还是国还是不断宣传不断宣传他们父亲在电子物理方面的造诣及远他们父亲在电子物理方面的造诣及远见。一再说，在他父亲提出电子显微镜这个概念之前，见。一再说，在他父亲提出电子显微镜这个概念之前，Knoll 及及Ruska 一直是在讲一直是在讲阴极射线示波器阴极射线示波器 。目前世界上生产透射电镜的主要是这三家电目前世界上生产透射电镜的主要是这三家电镜制造商：镜制造商： 日本的日本电子（日本的日本电子（JEOL） 日立（日立（Hitachi） 美国的美国的FEI（收购了荷兰的飞利浦电镜公司）（收购了荷兰的飞利浦电镜公司）透射电镜

11、可以以几种不同的形式出现透射电镜可以以几种不同的形式出现加速电压加速电压代表产品代表产品分辨率分辨率常规常规TEM100-200kV JEM-2010，H-8000，CM200，TECNAI201.9中压中压TEM300-400kV JEM-3010，H-9000，H-9500，TECNAI F301.71.63高压高压TEM1000kV3000kVJEM-1000，1目前用得最多的透射电镜是目前用得最多的透射电镜是和和的电的电镜，高压电镜由于价格高昂，体积庞大，用得很少。镜，高压电镜由于价格高昂，体积庞大，用得很少。目前，风行于世界的大型电镜，分辨本领为目前，风行于世界的大型电镜，分辨本领为