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高真空让我们能更精确地窥探纳米世界

昊青气体装备技术(江苏)有限公司 2020-11-17

电子显微镜Electron Microscope,简称EM,可帮助科学家观察极小的微观结构。例如,它能够生成病毒和晶格的显微图像。为了能正常工作,EM设备内必须始终保持高纯度的真空状态。

高真空,电子显微镜.纳米世界

EM指引人类进入微观世界

由于光的波长的特性,光学设备的放大倍数也会受到限制。如果物体小于0.5×10-6米,传统的光学显微镜将无法对其成像。尽管使用此方法可以识别大多数细菌,但它还是无法识别更小的病毒,因此科学家仍需要借助其他的物理设备才能看到它们。


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在1931年,恩斯特·鲁斯卡(Ernst Ruska)和马克斯·诺尔(Max Knoll)通过电子的科学研究,在柏林夏洛滕堡的科技大学制造了第一台透射电子显微镜(TEM)。从那以后,通过人眼观察物体进入到前所未有的微观的维度,这两位科学家还成为对薄金属箔成像并观察其晶体结构的先驱。


光被粒子所代替
在光学显微镜下,光波被人眼捕捉并通过透镜分解,通过这种光学效应即可达到放大被观察物体的效果。而电子显微镜的工作原理与光学显微镜完全不同:电子被主动加速,然后以聚焦电子束的形式被定向到待观察的物体上。这些粒子与被观察的物体相互作用,电子显微镜下的图像是通过评估接触后的路径来生成的。由于微粒的特性,因此电子显微镜可以按不同的方式显示纳米级别的微观结构。

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通过透射电子显微镜评估穿透物体的电子束
不过这仅仅适用于超薄层,而样品的制备通常十分复杂。 在这种情况下使用扫描电子显微镜(SEM)就有点杀鸡用牛刀了。它的电子束能够以网格状的形式扫描,电子束的一部分被反射,而被观察的物体释放出更多的电子。扫描电子显微镜将“捕获”这些粒子从而产生图像。以这种方式能产生微小生物的图像,如果将它们扩大到极限时,它们常常使我们不由得想起脑子里幻想中的那些怪物。

透射电子显微镜和扫描电子显微镜的成像方法,仅在电子处于进入和离开物体的路径中没有发生偏转时相同, 因此,电子运动途中不得有任何空气分子形成阻碍,因此电子显微镜的内部始终保持由真空泵产生的高纯度真空。


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