物理 :《电子显微术》、《中子显微术》、《质子显微术》,有什么区别?

物理 :《电子显微术》、《中子显微术》、《质子显微术》,有什么区别?,第1张

这三种的区别在于工作介质的特性不同,由此具有不同的工作方式和适用范围,能给我们带来不同的信息。

电子显微镜技术比较发达,目前SEM,STM,TEM等等很多种。

SEM利用入射电子在样品表面的相互作用来进行成像,可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息,如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。

STM利用的量子隧穿效应,将物质表面原子的排列状态转换为图像信息。

TEM则是针对极薄样品,利用样品原子对电子的散射效应成像。

中子和质子目前技术不是很成熟。

中子是中性粒子,具有很强的穿透性,可以深入探测物体内部的结构,同时它可以探测运行中的器件,直观了解其作用模式。

质子是带电粒子,穿透性较强,利用它制成的显微镜可以观察到材料的构成元素在空间范围内的分布情况,这是电子和中子显微镜难以达到的。

扫描电子显微镜(SEM)是1965年发明的较现代的细胞生物学研究工具,主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态,即用极狭窄的电子束去扫描样品,通过电子束与样品的相互作用产生各种效应,其中主要是样品的二次电子发射。

二次电子能够产生样品表面放大的形貌像,这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的,即使用逐点成像的方法获得放大像。

扫描隧道显微镜

扫描隧道显微镜亦称为“扫描穿隧式显微镜”、“隧道扫描显微镜”,是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德·宾宁(G.Binnig)及海因里希·罗雷尔(H.Rohrer)在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明,两位发明者因此与恩斯特·鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。

透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,简称TEM),可以看到在光学显微镜下无法看清的小于0.2um的细微结构,这些结构称为亚显微结构或超微结构。要想看清这些结构,就必须选择波长更短的光源,以提高显微镜的分辨率。1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜,电子束的波长要比可见光和紫外光短得多,并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比,也就是说电压越高波长越短。目前TEM的分辨力可达0.2nm。

相差显微镜是荷兰科学家Zernike于1935年发明的,用于观察未染色标本的显微镜。活细胞和未染色的生物标本,因细胞各部细微结构的折射率和厚度的不同,光波通过时,波长和振幅并不发生变化,仅相位发生变化(振幅差),这种振幅差人眼无法观察。而相差显微镜通过改变这种相位差,并利用光的衍射和干涉现象,把相差变为振幅差来观察活细胞和未染色的标本。相差显微镜和普通显微镜的区别是:用环状光阑代替可变光阑, 用带相板的物镜代替普通物镜,并带有一个合轴用的望远镜。


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