透射電鏡的發展歷史|趨勢

　　透射電鏡(TEM)，全稱透射電子顯微鏡。透射電鏡分辨率高，是當今材料研究表征工具之一。因其能夠同時獲得樣品形貌、化學成分、晶體學和微觀結構等全方位信息，使其在材料研究領域的地位越來越穩固。

透射電鏡的發展歷史

　　透射電鏡的發展要追溯到很久以前，diyi臺透射電鏡由馬克斯·克諾爾和恩斯特·魯斯卡在1931年研制，這個研究組于1933年研制了diyi臺分辨率超過可見光的透射電鏡，而diyi臺商用透射電鏡于1939年研制成功。恩斯特·阿貝Z開始指出，對物體細節的分辨率受到用于成像的光波波長的限制，因此使用光學顯微鏡僅能對微米級的結構進行放大觀察。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，由于常用的玻璃會吸收紫外線，這種方法需要更昂貴的石英光學元件。

　　1858年，尤利烏斯·普呂克認識到可以通過使用磁場來使陰極射線彎曲，這個效應在1897年就由曾經被費迪南德·布勞恩用來制造一種被稱為陰極射線示波器的測量設備。而實際上在1891年，里克就認識到使用磁場可以使陰極射線聚焦。后來，漢斯·布斯在1926年證明了制鏡者方程在適當的條件下可以用于電子射線。

　　1928年，柏林科技大學的高電壓技術教授阿道夫·馬蒂亞斯讓馬克斯·克諾爾來領導一個研究小組來改進陰極射線示波器。這組研究人員考慮了透鏡設計和示波器的列排列，1931年，這個研究組成功的產生了在陽極光圈上放置的網格的電子放大圖像。這個設備使用了兩個磁透鏡來達到更高的放大倍數，因此被稱為diyi臺電子顯微鏡。

　　在同一年，西門子公司的研究室主任萊因霍爾德·盧登堡提出了電子顯微鏡的靜電透鏡的ZL。1927年，徳布羅意發表的論文中揭示了電子這種本認為是帶有電荷的物質粒子的波動特性。透射電鏡研究組直到1932年才知道了這篇論文，1932年四月，魯斯卡建議建造一種新的電子顯微鏡以直接觀察插入顯微鏡的樣品，而不是觀察格點或者光圈的像。通過這個透射電鏡，人們成功的得到了鋁片的衍射圖像和正常圖像，然而，透射電鏡超過了光學顯微鏡的分辨率的特點仍然沒有得到完全的證明。

透射電鏡的發展趨勢

　　隨著科技的發展、網絡的興起，許多新技術漸漸應用到了透射電鏡上，透射電鏡的發展方向呈現出以下趨勢：

　　1、中等電壓超高分辨率透射電鏡

　　具有肖特基場發射槍具有亮度高(比鎢絲槍高三個量級)、交叉斑小(直徑為0.01～0.02nm)、電子能量分散小及相干性好等優點，正日益受到重視。對透射電鏡開展微區衍射和微區分析十分有利，它的高相干性為電子顯微學開展全息術提供了廣闊的前景。目前常采用折衷的辦法是在200～300kV的中等電壓的透射電鏡上加裝單色器降低色差;加裝球差矯正器減小球差系數。

　　2、分析型透射電鏡

　　①成分分析

　　電子顯微鏡把人們的視野引入了千變萬化的微觀世界，使我們能在原子量級上來研究物質的微觀結構。透射模式使我們得到了物體的形貌、衍射模式可以分析物體的表面結構。

　　與利用X射線衍射方法進行物相鑒定相比，透射電鏡的優勢在于，進行物相鑒定時可以將物相的形貌信息、晶體學結構信息、組成元素信息以及微觀結構信息等聯系起來。這些操作只需要透射電鏡安裝了X射線能譜儀。

　　②三維成像

　　對于由晶體組成的大多數固體來說，其在固體空間的取向、形狀、大小和分布直接影響到材料的性能。

　　利用透射電鏡對納米材料進行直接三維定量表征，這將是表征納米材料的理想方法，它可對組成納米材料的各個小晶體進行精確描述。這些微觀結構參數的精確定量測定為理解和優化納米材料的性能提供了堅實的基礎。

　　3、使役條件下的原位透射電鏡

　　材料在使用環境下的力學行為、腐蝕行為等微觀結構的變化，一直以來是材料學家關注的ZD。對于上述機理的認識，能夠幫助人們更好地利用金屬材料。

　　①可加磁場的原位樣品桿

　　此設備在研制過程中技術難點是樣品桿精細加工，樣品杯傾轉、高真空密封等問題，特別是雙傾樣品桿中“U”型磁組件和樣品杯的巧妙設計，解決了電子束在磁場中的橫向偏轉問題，可以為平臺提供對材料在磁場作用下的原位觀察，為磁性材料的應用研究提供依據。

　　②可加光信號的原位樣品桿

　　此設備研制過程中成功地解決了樣品桿精細加工，樣品杯傾轉、高真空密封、激光走向控制等問題，是國內diyi家把激光引入透射電鏡進行原位電子顯微學研究;該平臺可以提供對材料在激光作用下的原位觀察，為材料的微觀結構、光電性能研究提供依據。

　　③多種使役條件下的原位樣品桿

　　獲得接近實用條件下原位觀察，比如獲取材料在諸如溫度、磁場、電場、應力等外場，以及各種介質作用下的微觀結構變化信息是透射電鏡技術的一大發展方向。為此必須開發出適于多場、多環境耦合的多功能透射電鏡樣品臺。由于透射電鏡本身極靴空間狹小，致使多功能樣品臺的開發進展十分緩慢。

　　4、透射電鏡控制系統發展方向

　　遠程控制，簡化真空操作步驟、樣品更換及驅動、照相記錄、透射電鏡工作模式變換等復雜的工作均只需要一個啟動命令就能自動完成，尤其是引入電子計算機之后，使操作進一步自動化，可以實現在線圖像和譜線處理。還能實現遠程操控，便于開展國際交流與合作。