梦幻书院️ 科学小记者讲堂-现代显微技术带你走进纳米世界！

现代显微技术带你走进纳米世界！

大家可能已经看过一些纳米颗粒甚至原子的科学图片，但这些东西那么小，是怎么拍出来的呢？

这些图都是利用现代显微技术拍出来的，接下来就给大家介绍两种常见的电子显微技术。

电子信号

   我们知道人眼能够看到物体，是因为光的反射。也就是说人眼收到了物体反射来的光信号。类而推之，电子显微镜是通过电子信号来成像的。只是电子信号不一定是反射信号，信号探测方也不是人眼。

先来看一下电子束射到物体表面会发生什么。下面这张图只备注了即将讲到的内容。

很显然，电子束打到样品表面所产生的信号跟光不一样。其中二次电子不等于电子束被反射后的电子，绝大多数是被电子束轰击出来的样品表面原子的核外电子。划重点，样品中的电子。

而，透射电子主要来自电子枪发射的电子束。但是此电子束已非开始的电子束了。电子束透过时，与样品中的原子碰撞改变方向，产生立体角散射，从而携带了样品信息。划重点，碰撞后的电子束。

扫描电子显微镜

扫描电子显微镜探测的信号主要是二次电子和背散射电子，主要反映样品表面的信息。某型号扫描电子显微镜实物照片如下(不同型号大同小异)

扫描电子显微镜的成像原理如下：

电子枪发射电子束

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电子束经过三次聚焦之后打到样品表面，产生了一系列电子信号，

↓

通过二次电子探测器和背散射电子探测器来探测电子信号，

↓

经过物镜和计算机处理输出图像。

扫描电子显微镜的扫图模式可以简单归纳为“光栅扫描，逐点成像”。如下面的示意图所示，先扫描出AB线，再扫描CD线，以此类推。无数个平行线就组成了平面上的图像信息。

扫描电子显微镜跟其他电镜比，有一个优势，就是景深大。玩过单反的应该都知道景深的概念。我们看下面两张图的对比。

最后，请大家欣赏一个扫描电子显微镜操作中逐渐放大的过程动图。某个很恶心的虫子的某器官上的某个细菌。

由于二次电子主要来自于样品表面5-10纳米，所以扫描电子显微镜是用于检测样品表面微观形貌和表层结构的极好方法。日本的SU9000场发射扫描电子显微镜的分辨率已高达0.4纳米。

透射电子显微镜

顾名思义，透射电子显微镜，探测的主要信号是透射电子。所以样品要求很薄（100-200纳米之间）。依旧是某型号透射电子显微镜实物照片(依旧是不同型号大同小异)

透射电子显微镜的原理如下：

电子枪发射电子束

↓

电子束经过l两次聚焦之后打到样品表面，并穿透样品，

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探测透射电子的信号，

↓

经过物镜和荧光屏显示图像。

前面讲到，透过样品的电子会产生立体散射，其散射角的大小与样品的密度、厚度相关，形成明暗不同的影像。影像放大聚焦后在成像器件（如荧光屏、胶片、以及感光耦合组件）上显示出来。

透射电子显微镜的理论分辨率比扫描电子显微镜更高，理论上，当加速电压达到200千伏，分辨率能达到0.00125纳米。但加速电压越大，电子束的能量越大，易破坏本来就很薄的样品。已有透射电子显微镜的分辨率可达到原子级别。

听起来原理好像很简单啊！可用起来却没那么简单哦。原因有两个一、透射电子显微镜要求的真空度比电子显微镜更高，一不小心送个样品就漏气了。二、样品需要100-200纳米那么薄，制备很困难啊！

来源：opiumpoppy