透射電子顯微鏡發(fā)展

　　透射電子顯微鏡簡稱透射電鏡。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。

　　由于電子的德布羅意波長非常短，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)為幾萬～百萬倍。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)較低的時候，透射電子顯微鏡成像的對比度主要是由于材料不同的厚度和成分造成對電子的吸收不同而造成的。而當(dāng)放大率倍數(shù)較高的時候，復(fù)雜的波動作用會造成成像的亮度的不同，因此需要專業(yè)知識來對所得到的像進(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電子吸收對樣品成像。

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·克諾爾來領(lǐng)導(dǎo)一個研究小組來改進(jìn)陰極射線示波器。這個研究小組由幾個博士生組成，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)計和示波器的列排列，試圖通過這種方式來找到更好的示波器設(shè)計方案，同時研制可以用于產(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，這個研究組于1933年研制了diyi臺分辨率超過可見光的透射電子顯微鏡，而diyi臺商用透射電子顯微鏡于1939年研制成功。diyi部實際工作的透射電子顯微鏡，現(xiàn)在在德國慕尼黑的的遺址博物館展出。恩斯特·阿貝Z開始指出，對物體細(xì)節(jié)的分辨率受到用于成像的光波波長的限制，因此使用光學(xué)顯微鏡僅能對微米級的結(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)時人們認(rèn)為由于光學(xué)波長的限制，無法得到亞微米分辨率的圖像。

　　自從20世紀(jì)60年代以來，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，此時稱會聚束電子衍射。

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時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，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技術(shù)也將進(jìn)一步發(fā)展和突破。