扫描电镜哪家好?( 三 )


1.3技术发展史世界上第一台电子显微镜(透射式电子显微镜(TEM))由德国科学家Ruska和Knoll于1931年研制成功 。二战后,Ruska继续对TEM进行研究改进,并制造出了放大倍数在10万倍以上的显微镜,并因此获得了诺贝尔物理学奖 。在TEM的基础上,英国工程师Charles于1952年发明了世界上第一台扫描电子显微镜(SEM) 。扫描电镜主要是针对具有高低差较大、粗糙不平的厚块试样进行观察,因而在设计上突出了景深效果,一般用来分析断口以及未经人工处理的自然表面;而透射电镜则突出的是高分辨率,使用透射电镜观察样品能获得高分辨率的超微结构图像,在材料科学和生物学上应用较多,同时也是病理学上的诊断工具,该技术的关键是超薄切片的制备 。在这以后场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、场离子显微镜(FIM)、低能电子衍射(LEED)、俄歇谱仪(AES)、光电子能谱(ESCA)等相继诞生,在各科学领域的研究中起重要作用 。1981年G.Binnig和H.Rohrer成功研制了世界上第一台扫描隧道显微镜(STM),并因此获得诺贝尔物理奖.它的出现,使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质,被国际科学界公认为80年代世界十大科技成就之一 。扫描隧道显微镜(STM)是利用导体针尖与样品之间的隧道电流,并用精密压电晶体控制导体针尖沿样品表面扫描,从而能以原子尺度记录样品表面形貌的新型仪器.其分辨率已达到1nm~2nm,用它可研究各种金属、半导体和生物样品的表面形貌,也可研究表面沉积、表面原子扩散、表面粒子的成核和生长,吸附和脱附等 。在STM出现以后,又陆续发展了一系列工作原理相似的新型显微技术,包括原子力显微镜(AFM)、横向力显微镜(LFM)等,这类基于探针对被测样品进行扫描成像的显微镜统称为扫描探针显微镜(SPM) 。扫描探针显微镜是纳米测量学、纳米表征与测量方法中最重要最基本的手段 。它能以原子级的探针和被测样品表面作为工作的主要元件,在X和y两个方向上完成探针与样品之间的扫描,同时在Z方向的升降来模拟样品表面的起伏 。用探针与样品间的相互作用所产生的物理量的数值随样品表面起伏的变化来达到观察样品表面形貌的目的 。这种仪器分辨率高,横向分辨率可达0.1nm,纵向分辨率可达0.01nm,可以直接观察测定样品的三维图像,可以在大气、真空甚至液体中,在高温或低温下进行观测 。检测时可以不与样品接触,故不会损伤样品,也不需要电子束照射,因而不会对样品造成辐射损伤 。
二、我国电子显微镜技术的发展1958年,我国成功地研制了第一台电子显微镜,1988年中国科学院白春礼和 姚俊恩研制出了我国的第一台STM 。[2] 2000年,中国电子显微镜学会统计中国大陆保有量不到2000台,中国加入WTO后,经济大发展,科研教育以及产业构都在升级目前,我国电子显微镜市场每年以近百套的数量在增长,可以预期,在未来数年内中国电子显微镜市场容量将居世界首位 。中国市场的电子显微镜,日本电子的市场占有率超过50%,排在首位 。紧随其后的是FEI(原飞利浦电镜部)、日本日立(天美代理)、德国Carl Zeiss(原德国LEO)和日本岛津 。而在国产厂家方面,主要是中科科仪、南京江南光电和上海电子光学技术研究所,产品主要集中在低端的扫描电子显微镜市场 。就市场总体情况而言,国产电镜国内市场占有率不足10% 。由此可见我国国产电子显微镜还有较大幅度的提升空间 。从种类上看扫描电镜占目前中国电子显微镜总保有量的63.61%,透射电镜则为36.39%,可见扫描电镜在我国有着更为广泛的用户基础 。[3]
三、电子显微镜技术的未来发展趋势
3.1远程电子显微镜技术自上世纪九十年代以来,随着计算机技术和网络技术的发展,远程电子显微镜逐渐出现,它可以将实验室现场获得的实时信息展现给远端用户,使其可以通过互联网实时观看样品图像,并远程操作仪器来完成实验 。[4] 远程电子显微镜技术的关键在于图像的采集、压缩和传输 。在图像采集方面,现在的电子显微镜已经有了长足的进步 。老式的电子显微镜多采用数码相机和视频采集卡来采集图像,新式电子显微镜多采用VGA采集卡进行图像采集并已成为未来发展趋势 。此外运用软件来采集图像的新方式也逐渐出现 。早期,图像的压缩使用的是JPEG图像压缩法,即远端用户所见的是一系列独立的静态样品图像 。现在,随着技术的发展,MPEG4和H.264等视频压缩算法被逐渐运用到了样品图像的压缩 。现在,样品图像的传输主要通过TCP协议和UDP协议,但其占用带宽过大,传输效果并不理想 。为了改善传输性能,专门的数据传输系统“金字塔”式网络传输模型以及专有传输网络正在研究之中,同时这也是现阶段远程电子显微镜的改进方向 。1990年,Carl Zmola等人实现了对SEM的样品图像网络传输,首次建立了远程电镜的样品图像实时传输系统 。随后,美国各大学相继建立了各自的SEM远程系统 。样品传输的效能也有了长足进步,最初,在800Mb的光纤网络中,样品图像的传输效能是每17秒传送1帧 。到了2000年,在1~2Mb的网络中,样品图像的传输可以达到每秒传送5帧 。在技术上尚有很大程度的提升空间 。在中国,尽管各大院校及研究机构中有数千台电子显微镜,但仍不能满足日益增长的应用需求,因此远程电子显微镜技术的研究对于中国是很有应用价值的 。