電子顯微技術

電子顯微鏡技術是20世紀重大發明之一。

1986年諾貝爾物理學獎授予了電子顯微鏡的發明者盧斯卡和掃描隧道顯微鏡的發明者賓尼格和羅勒，他們的發明使科學家有了一雙能看見原子的眼睛，為人類探索微觀世界做出了巨大貢獻。

早在17世紀，人類首次通過玻璃透鏡觀察到了水中的微生物。到了19世紀，光學顯微鏡的應用使醫學和生物學取得了很大進步，但由於光波波長對解析度的限制，光學顯微鏡的放大倍數還不能滿足科學家探索微觀世界的需要。

1931年，盧斯卡和諾爾根據磁場可以會聚電子束這一原理髮明了世界上第一台電子顯微鏡。電子顯微鏡的原理同光學顯微鏡相同。光學顯微鏡通常是利用電燈作為光源。電燈發出的光波被聚光器匯聚到透明物體上，然後經過物鏡等一系列透鏡形成放大的圖像。而電子顯微鏡是用電子束而非可見光來成像的。簡單說電子的行為同光波相似，但是其波長較光波的波長小几百倍，這就使電子顯微鏡的解析度大大提高。普通光學顯微鏡只能看清長20nm (納米)的結構，而電鏡則能看清長0.5nm的結構。前者放到大倍數最高不超過2000倍，後者則可以放到十萬倍以上。在電子顯微鏡中，磁場的作用類似於光學顯微鏡中的透鏡。隨後，科學家又發明了掃描電子顯微鏡。它主要是用來研究固體表面形貌的，它可以得到固體表面的三維效果圖像。

1958年，我國成功地研製了第一台電子顯微鏡。現在，隨著計算機技術的發展，電子顯微鏡技術和功能也日益進步，放大倍數已超過1000多萬倍，並在材料、生物、醫學等領域得到廣泛應用。

電子顯微鏡可以獲得許多引人入勝的顯微圖像，其逼真度和立體感令許多外行著迷。通過電子顯微鏡，人們可以觀察到氣味分子進入蝴蝶觸鬚的途徑。材料科學家利用電子顯微鏡可以從原子尺度研究得到材料的微觀結構及化學成分的信息。生理學家可以通過電子顯微鏡對神經組織進行研究，還可以動態觀察病毒進入細胞的過程。用顯微鏡檢查計算機晶元製造過程中的焊接裂縫會十分清楚。

1982年，賓尼格和羅勒發明了掃描隧道顯微鏡，1988年中國科學院白春禮和姚俊恩研製出了我國的第一台掃描隧道顯微鏡。掃描隧道顯微鏡是另一種研究物質微觀結構的全新技術，其放大倍數可達上億倍，它採用尖端只有一個原子的特殊探針對物質表面進行逐行掃描來獲得原子尺度的圖像，它也可以用探針對單個原子和分子進行操縱，對材料表面進行微加工。

20世紀電子顯微技術的興起，為人類獲得新型材料以及促進現代醫學的發展創造了條件，應用廣泛的納米材料就是在電子顯微技術的基礎上發展起來的，肝炎病毒也是通過電子顯微鏡觀察到的，它為21世紀科學技術的飛速發展奠定了基礎。