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显微镜与应用前景
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      显微镜与应用前景

显微镜是从简单的放大镜的基础上设计出来的单透镜显微镜,到结构复杂的复式显微镜,以及相差,荧光,偏光,显微观察方式的出现,使之更广范地应用于医学,生物学,金属材料,化工等领域。

  一.能够看见原子的仪器——扫描隧道显微镜
    1982年德国科学家G.Binnig发明了扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope),简称STM。由于STM的横向分辨率高达0.01nm,能实时观察物体表面的原子形貌,因而奠定了医学、生物学、材料科学和机械学向纳米级微观领域发展的基础。1986年人们为纳米时代的奠基者—G.Binnig颁发了诺贝尔物理奖。1986年之后许多发达国家将纳米科学列为重点发展计划,加速发展STM。现在美国、德国、俄罗斯、日本等都有了STM商品机。我国从1990年起开始研制STM,经过十多年的努力,已经取得了长足的进步。
    STM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以及与表面电子行为有关的物理、化学性质,因而在表面科学、材料科学、生命科学等研究领域有着广泛的应用前景。虽然仪器本身由于其工作方式造成一定的局限隆,如它所观测的样品必须具有一定的导电性,绝缘体是无法直接观测的;在恒定电流的工作模式下,对样品表面微粒之间的沟槽有时不能准确探测等。但是,随着STM技术的日益发展,它必定会在微观领域中发挥越来越大的作用。
Vx,Vy,Vz 控制扫描探针的位置,CU为控制系统,
I为隧道电流,S为探针与表面之间的距离
二、扫描电子显微镜
     扫描电子显微镜(Scanning electron microscope),简称SEM。由电子光学系统,信号收集处理、图像显示和记录系统,真空系统三个基本部分组成。其成像原理和透射电子显微镜完全不同。它不用电磁透镜放大成像,而是以类似电视摄影显像的方式,利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号来调制成像的。新式扫描电子显微镜的二次电子像分辨率已达3~4nm,放大倍数可从数倍原位放大到20万倍左右。由于扫描电子显微镜的景深比光学显微镜大,因此可以用它进行显微断口分析。用扫描电子显微镜观察断口时,样品不必复制,可直接进行观察,这给分析带来了极大的方便。因此目前显微断口的分析工作大多数都是用扫描电子显微镜来完成的。由于电子枪的效率不断提高,使扫描电子显微镜的样品室增大,可以装入更多的探测器。因此,目前的扫描电子显微镜已不限于分析形貌,而且可以与其他分析仪器相结合,同时进行微区成份和晶体结构等多种微观成份组织结构信息的同位分析。
三.场离子显微镜
    场离子显微镜(FIM)的主要优点在于表面原子的直接成像,通常只有其中约10%左右的台阶边缘原子给出像亮点;在某些理想情况下,台阶平面的原子也能成像,但衬度较差。对于单晶样品,图像的晶体学位向性是十分明显的,台阶玉米面或极点的指数化纯粹是简单的几何方法。
    场离子显微镜能直接给出表面原子的排列图像,可直接观察点缺陷、位错、界面缺陷、合金相等,因此,在材料科学许多理论问题的研究中,已成为一种颇有特色的分析手段。
四、超声电子显微镜
      超声显微镜(SAM)是一种新型的超声检测设备,集现代微波声学、信号检测和计算机科学于一体,是无损、精密、灵敏地观察物体内部三维结构图像的重要手段,在材料、电子等领域得到了广泛的应用。它可以精确、无损地对样品进行检测,得到样品的声学图像。SAM的研制向两个方向发展,一是将分辨率提高到50nm,二是采用10~100MHz的工作频率以扩大应用范围。
    用光学显微镜无法观察非透明物体(包括金属和非金属)表层下一定深度处的内部缺陷,而采用SAM,不但可能,而且十分方便。
   目前,在某些发达国家里,表面喷涂、浸镀、真空镀膜、喷焊及堆焊等表面技术得到了非常广泛的应用。在检查、评价和提高这些工艺的质量方面,超声显微镜发挥了重要的作用。
利用超声显微镜可以对材料亚表层进行无损检测。声波具有良好的穿透性,用它易获取不透明体的内部信息,形成清晰的图像。形成声显微反差的机理是被测样品的声学或力学参数分布,得到的是物体的声学或力学参数像。它不同于其他的光学像、电子显微像或射线像,能得到物体表面、亚表面和内部许多新的微观信息。与常规无损检测相比,SAM以其高分辨率、强穿透能力和高质量的图像而占有优势,是一种非常有效的检测手段。
   超声显微镜与维氏硬度计结合可测定材料表面的断裂韧性,测出光学显微镜无法测出的信息,与其他方法相比具有更好的测视能力和分辨能力,解决了对材料表层的断裂韧性等表层性能的测定问题,并具有更明显的优越性,为表面测视技术的研究开创了一个新途径。
 
液晶分子 液晶分子
 
 
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