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探索微观世界的方式

 发布时间:2019-10-09 点击量:36

俗话说“耳听为虚,眼见为实”。然而,人眼的分辨率是存在极限的,一般情况下指在正常光线条件下肉眼可以分辨的最近物点的距离。通常认为在 250 mm 的距离上,分辨率为 0.2 mm。为了能够更好地探索微观世界奥秘,人们开始借助工具来实现这一目的。

 

首先出现的是光学显微镜。早在两千多年之前,人们就发现了可以通过球状的透明体来观察微观物体。直到 17 世纪 70 年代,荷兰的列文 · 虎克制成了单组元放大镜式的高倍显微镜,其中有 9 台一直保存至今。

 

    

列文·虎克和他研制的光学显微镜

 

毫无疑问,光学显微镜的出现提高了人们认识世界的微观尺度。随着光学显微镜技术的不断提升,逐渐出现了偏光显微术,干涉显微术等。然而,光学显微镜的分辨率也存在极限,其分辨率主要取决于入射光的波长,可以根据公式计算:

 

 

当使用蓝绿光作为照明源,λ = 450 - 570 nm,此时分辨率约为 d = 250 nm,即使使用波长更短的紫光,其分辨率为 d = 200 nm。

 

随着科技的发展,光学显微镜的分辨率已经无法满足人们探索更加微观物体的观测需求。此时,电子显微镜逐步在光学和力学发展的基础上建立起来。

 

电子显微镜又可以分为透射电子显微镜(TEM)以及扫描电子显微镜(SEM)。

 

透射电镜

 

根据上述公式可以知道波长越短分辨率越高。1932 年 Ruska 发明了以电子束为光源的透射电子显微镜,电子束的波长比可见光和紫外光短,并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比,也就是说电压越高波长越短。目前 TEM 的分辨率可达 0.2 nm。

 

扫描电镜

 

主要是依据电子与物质的相互作用,使入射电子轰击物体表面,激发出二次电子,俄歇电子,特征 X 射线,连续 X 射线,背散射电子,透射电子等。SEM 中的各类检测器可以根据不同信息的产生机理得到有关物质的微观形貌信息;通过采集 X 射线,可以得到物体的化学成分信息。

 

对于 SEM 分辨率的定义更多的是使用边缘化分辨率,边缘分辨率量化了一个理想明暗边界的成像锐利度。边缘分辨率用 d35%-65% 表示, 它是指信号从 35% 增加到 65% 的间距。

 

飞纳台式扫描电镜(Phenom SEM)新发布的台式场发射扫描电镜的分辨率可以达到 2.5 nm。毫无疑问 Phenom 是人们探索微观世界的又一zui新利器。

复纳科学仪器(上海)有限公司(www.colkidson.com)主营:台式扫描电镜

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