(完整word版)透射电子显微镜的现状与展望
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2024年电子显微镜市场前景分析引言电子显微镜是一种专用的显微镜,利用电子束进行成像,可以实现非常高的分辨率。
随着科技进步和工业发展,电子显微镜在许多领域的应用越来越广泛。
本文将对电子显微镜市场的前景进行分析。
市场规模与增长趋势电子显微镜市场在过去几年中呈现出稳定增长的趋势。
据市场研究报告显示,全球电子显微镜市场在2019年的规模约为XX亿美元,预计到2025年将达到XX亿美元。
市场规模的增长主要受到以下几个因素的驱动:1. 科研行业需求增加在科学研究领域,电子显微镜被广泛应用于材料科学、生物学和纳米技术等领域。
随着科研活动的增加,对电子显微镜的需求也在不断增长,推动了市场规模的扩大。
2. 工业应用需求增加电子显微镜在工业领域的应用也在不断增加。
它被用于检测、质量控制和故障分析等工业应用中。
随着工业生产的不断发展,对电子显微镜的需求也在增加,为市场带来了机遇。
3. 技术进步带来的新应用随着电子显微镜技术的不断进步,新的应用领域也不断涌现。
例如,扫描透射电子显微镜(STEM)和环境电子显微镜(ESEM)等新技术的出现,使得电子显微镜在材料科学和生物学领域的应用更加广泛。
市场竞争格局目前,电子显微镜市场存在着一些主要的厂商和供应商。
这些公司在技术研发、产品创新和市场推广方面竞争激烈。
主要的市场竞争格局包括:1. 领先厂商的主导地位目前,几个领先的电子显微镜制造商在市场上占据主导地位。
这些公司拥有先进的技术和专利,提供高质量的产品和服务。
它们通过不断的研发和创新来保持其竞争力,并扩大市场份额。
2. 新进入市场的竞争者随着电子显微镜市场的增长,一些新的公司进入市场,增加了竞争的压力。
这些公司通常通过提供具有竞争力的价格和技术优势的产品来吸引客户。
3. 地区市场的竞争电子显微镜市场在全球范围内存在地区差异。
例如,亚太地区在电子显微镜市场方面的发展较快,成为全球市场的主要增长驱动力之一。
各地区的公司在本地市场的竞争也相对激烈。
电子显微镜技术发展现状及应用电子显微镜技术是一种研究物质结构的高分辨率工具。
通过引入高速电子束,可以破坏传统光学显微镜的折射极限,实现更高分辨率的图像显示。
近年来,随着电子显微镜技术的不断发展,其应用范围不断扩大,在材料科学、生物学、纳米技术、电子学等多个领域已经成为必不可少的研究工具。
电子显微镜可以分为透射电子显微镜和扫描电子显微镜两类。
透射电子显微镜可以观察物质内部的结构和成分,具有非常高的分辨率。
扫描电子显微镜则主要用于表面形貌和成分的分析。
另外,还有一种被称为透射电子显微镜衍射仪(TEM-Diffraction)的设备,可以通过显微镜与衍射技术结合解析晶体的结构。
电子显微镜的发展历程可以追溯到20世纪50年代,当时的电子显微镜仅能分辨出纳米级的晶体结构。
进入60年代,透射电子显微镜的分辨率提高到了亚埃的量级,大大推动了材料科学和纳米技术的发展。
70年代,扫描电子显微镜的出现,则使得表面成分的分析和三维形貌的观察成为可能。
90年代后,透过对电子束束斑的控制,已经可以实现原子尺度的分辨率,且图像清晰度和对比度也得到了明显的提高。
近年来,电子显微镜技术中的样品制备、装置控制、数据处理等方面也都有了较大的改进,使其这一工具得到广泛的应用和进一步发展。
电子显微镜技术在材料科学领域的应用非常广泛。
利用透射电子显微镜对材料的内部结构进行观察,可以得到很多有用的信息,如材料中各成分的分布情况、晶体的大小和形态、缺陷的类型和数量等。
这些信息可以帮助研究员更好地了解材料的性质,进而优化材料的制备工艺,或针对不足进行改进。
同时,电子显微镜技术还可以应用于研究材料的纳米结构和表面形貌,帮助科学家深入理解材料的物理化学性质和性能。
电子显微镜在生物科学领域的应用也非常广泛。
透射电子显微镜技术可以被用于生物领域的超微分子结构分析,如病毒、细胞器、核酸和蛋白质等。
这一技术还可以用于观察细胞的内在结构和形态,分析不同组织的组织学结构、组成成分和超微形态等。
透射电子显微镜市场发展现状透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,简称TEM)是一种非常重要的高分辨率显微镜,可以观察物质的原子级结构和纳米级细节。
随着科学技术的不断进步和应用领域的不断拓展,透射电子显微镜市场在过去几年里呈现出快速发展的趋势。
市场概览透射电子显微镜市场按照产品类型分为传统透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜两大类。
传统透射电子显微镜主要应用于材料科学、生物学和化学等领域的研究,可以观察和分析材料的晶体结构、原子排列和组成成分;扫描透射电子显微镜则是基于传统透射电子显微镜的技术进步,可以实时观察样品表面的原子级细节,并能用于纳米材料和纳米结构的研究。
全球透射电子显微镜市场在过去几年里保持稳定增长。
市场的增长主要受到科学研究领域对高分辨率显微镜的需求驱动。
此外,透射电子显微镜的应用领域不断扩大,涵盖了材料科学、纳米科技、生物医学和能源等多个领域。
这些因素都促使透射电子显微镜市场保持稳定增长,预计未来几年里这一趋势将继续。
市场驱动因素透射电子显微镜市场的快速发展可以归因于以下几个主要因素:1.科研领域的需求增加:科学研究领域对高分辨率显微镜的需求不断增加,以满足对材料和纳米结构进行精确观察和分析的要求。
2.尖端技术的不断进步:透射电子显微镜的技术不断创新和改进,使得其分辨率和成像能力大幅提升,从而获得更准确的数据和图像结果。
3.应用领域的扩展:透射电子显微镜在材料科学、生物医学、纳米科技和能源等多个领域的应用不断扩大,为市场带来新的增长机遇。
市场挑战尽管透射电子显微镜市场发展迅速,但仍面临一些挑战:1.高昂的价格:透射电子显微镜属于高端科研设备,价格昂贵,导致部分科研机构和实验室无法负担。
2.技术门槛较高:透射电子显微镜的操作和维护需要专业知识和技能,可能需要专门培训和经验,限制了一部分潜在用户的使用。
3.竞争加剧:透射电子显微镜市场竞争激烈,存在多个国内外制造商和品牌,对企业来说,如何在市场中保持竞争优势是一个挑战。
电子显微镜技术发展及其应用前景电子显微镜是通过电子束与样品相互作用,利用电磁透镜聚焦产生图像的一种高分辨率图像分析技术。
电子显微镜一般分为两种类型:透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)。
随着电子显微镜技术的不断发展,其应用也越来越广泛,包括材料科学、生物学、纳米技术、化学等领域。
本文将从以下几个方面介绍电子显微镜技术的发展及其应用前景。
一、电子显微镜技术的发展1.早期电子显微镜技术早期的电子显微镜由于仪器质量和电子束强度限制等方面的原因,分辨率很低,所能观察的样品也很有限。
1950年代末期至1960年代初期,科学家们发明了透射电子显微镜和扫描电子显微镜。
TEM可以通过薄片样品获取高分辨率的图像,对微观结构、晶体结构、原子排列等信息进行研究。
但是,其样品制备难度较高,测量过程也比较复杂。
SEM则能够观察到外表面形貌和微结构等信息,而不需要对样品进行切片,具有显微操作简单、成图容易、分辨率适中等优点。
因此,SEM得到广泛的应用。
2.电子光学理论的发展通过电磁透镜使电子聚焦的原理是电子光学理论。
随着电子光学理论的发展,透镜数目增多、透镜质量提高、降低了畸变和散光的程度等新技术的出现,电子显微镜的分辨率得到了不断提高。
近年来,随着高分辨率成像技术的发展,电子显微镜的分辨率已达到亚埃级,可以实现原子级分辨。
而且,高通量电子显微镜的发明使得图像采集速度大大提高,开启了电子显微镜的新篇章。
二、电子显微镜的应用前景1.材料科学电子显微镜在材料科学中具有极其重要的作用。
通过TEM和SEM等技术,可以对材料结构和性质进行观察和分析。
例如,在材料摄影领域,低倍SEM可以对材料表面形貌和结构进行观察,高倍SEM可以对材料纹理和结构进行深入研究。
而TEM可以研究材料的微观结构和晶体结构,探究材料性质的基础。
EDS系统可以对样品的化学组成进行分析,较常见的流行的应用领域有微解剖学、材料科学和地质学等方面。
2.生命科学当然,电子显微镜在生物医学领域的应用也很广泛。
2024年透射电子显微镜市场调研报告一、概述透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,简称TEM)是一种基于电子束的高分辨率显微镜技术,广泛应用于材料科学、生物学、纳米技术等领域。
本报告对透射电子显微镜市场进行了调研,并提供了相关数据和分析。
二、市场现状透射电子显微镜市场在过去几年中保持了稳定增长的态势。
该市场的增长主要受益于材料科学和纳米技术领域的持续发展。
透射电子显微镜作为一种高分辨率的观察工具,对于研究材料的微观结构和纳米级特性至关重要,因此受到了广泛的关注和需求。
三、市场驱动因素1.材料科学的发展:随着材料科学领域的不断进步,对于准确观察和分析材料的微观结构的需求也在不断增加,透射电子显微镜作为一种重要工具满足了这一需求。
2.纳米技术的兴起:纳米技术的快速发展对透射电子显微镜市场带来了巨大的机遇。
透射电子显微镜能够观察和研究纳米级结构,对于纳米材料的研发和应用起到了至关重要的作用。
3.科学研究的需求:透射电子显微镜在科学研究中的广泛应用,尤其是在材料科学、生物学和化学领域,增加了其市场需求。
越来越多的研究机构和大学购买和使用透射电子显微镜进行科研工作。
四、市场前景透射电子显微镜市场在未来几年中将继续保持稳定增长的势头。
以下是市场前景的一些预测:1.技术升级:随着透射电子显微镜技术的不断发展,其分辨率和图像质量将进一步提高。
这将进一步推动市场需求,并吸引更多的技术创新和投资。
2.应用拓展:透射电子显微镜的应用范围将进一步拓展到新的领域。
例如,在能源存储和量子计算领域的研究中,透射电子显微镜将起到更加重要的作用。
3.云服务和数据分析:随着云计算和大数据技术的快速发展,将有更多的解决方案出现,用于处理和分析透射电子显微镜生成的海量图像和数据。
这将为用户提供更强大的功能和更高效的工作流程。
五、市场竞争透射电子显微镜市场竞争激烈,主要的竞争厂商包括FEI公司、JEOL公司、Hitachi公司等。
电子显微镜技术发展现状与趋势电子显微镜(EM)是一种极为重要的物理学和生物学工具,它通过对样本进行高分辨率扫描,能够获得有关材料性质和结构的详细信息。
由于其卓越的分辨率和探测能力,EM在材料科学、纳米科技、生物医学、地球科学及其他科学领域的研究中发挥着至关重要的作用。
随着技术的不断更新,EM正在进入一个新的发展阶段,新兴技术将使得我们更加深入地了解微观世界。
1、传统电子显微镜技术传统的透射电子显微镜是最早出现的EM类型,它在20世纪50年代开始应用于材料科学领域。
该技术使用电子束将样品透过一个薄层(通常是超薄金属层)进行成像。
透射电子显微镜分辨率在不断提高,从1970年代的0.5nm提高到了现在的0.05nm左右。
透射电子显微镜技术的最大缺点是需要研究的样品必须足够薄,这一点使得样品制备成了透射电子显微镜中最大的困难。
另一种常见的传统电子显微镜是扫描电子显微镜(SEM),它可以在样品表面扫描电子束,然后利用信号处理和计算机技术获得我们感兴趣的像。
SEM 最大的优势是它可以成像时间稍长一点。
2、近年来的新兴电子显微镜技术(a) 3D - EM3D-EM是一种非常新的EM技术,它能够将细胞结构的三维模型可视化。
通过对厚样品进行扫描电子显微镜成像,3D-EM能够捕获样品的三维图像,同时保持高分辨率。
近年来,包括斯坦福大学和麻省理工学院在内的许多机构都已经开始使用3D-EM技术研究神经元、脑组织和其他细胞结构。
(b) 低温电子显微镜低温电子显微镜使用冷冻技术将样品冻结之后进行成像,这种技术的主要优势是,它能够保持活体样品的形状和状态。
该技术已经被广泛应用于生物医学领域中,特别是用于研究生物大分子的结构和功能。
(c) 时间分辨电子显微镜时间分辨电子显微镜是一种可以拍摄静止和运动物体的EM技术。
通过快速扩散、捕捉和显影电子束,时间分辨电子显微镜能够非常精确地捕捉材料中的化学反应以及微观颗粒的动态变化。
这种技术在研究动态变化类研究中很有用。
2023年电子显微镜行业市场分析现状电子显微镜是一种利用电子束与物质相互作用,用来观察物质组织、结构和形态的高精密度显微镜。
它是现代科学研究、制造业、生物学等领域中重要的工具,广泛应用于材料科学、生命科学、半导体制造等领域。
目前,电子显微镜行业市场正处于稳定增长期。
随着科技的进步和需求的增加,在多个领域中对电子显微镜的需求不断增加。
尤其是在材料科学和生命科学领域,电子显微镜被广泛用于材料分析、化学成分分析、微观结构观察等各个方面。
同时,随着电子元件、半导体等行业的快速发展,对电子显微镜的需求也在不断增加。
与传统光学显微镜相比,电子显微镜具有更大的放大倍数、更高的分辨率和更准确的成像效果。
这使得它在科学研究和生产制造等领域中具有独特的优势。
随着科学技术的不断进步和应用领域的不断拓展,电子显微镜行业市场有望保持稳定的增长态势。
然而,电子显微镜行业市场也面临一些挑战。
首先,高端电子显微镜设备的制造和维护成本较高,导致价格较高,限制了一部分中小企业和科研机构的购买能力。
其次,电子显微镜的技术和设备更新换代较快,对企业提出了更高的研发和创新要求。
此外,由于电子显微镜的操作和维护要求较高,对操作者的技术和专业知识也提出了更高的要求,相对而言,培养合格的电子显微镜操作者并不容易。
针对上述问题,电子显微镜行业市场正在积极寻求解决方案。
首先,一些企业正在进行技术创新和设备改良,努力降低设备的制造成本,提高设备的性能和稳定性,以满足不同需求的用户。
其次,一些企业也在加大对于电子显微镜技术研发和人才培养的投入,以提高技术水平和人才素质。
此外,部分企业还与科研机构和高校合作,共同开展项目研究和技术创新,以推动行业的发展。
总体而言,电子显微镜行业市场具有广阔的发展空间。
随着科技的进步和需求的增加,电子显微镜作为研究和生产中的重要工具,将在各个领域中持续发挥重要作用。
同时,电子显微镜行业市场也面临着一些挑战,需要行业企业、科研机构、高校等广泛合作,共同解决问题,推动行业的发展。
透射电子显微镜市场分析报告1.引言1.1 概述概述透射电子显微镜是一种高级显微镜,可用于研究微观结构和纳米级材料。
本篇报告旨在对透射电子显微镜市场进行全面分析,包括市场概况、趋势分析以及主要市场参与者分析。
通过对市场的深入研究,我们将对市场前景展望、关键发现总结,并提出相关建议和展望。
透射电子显微镜市场是一个充满机遇和挑战的领域,我们希望本报告能为相关行业提供有价值的参考和指导。
1.2 文章结构文章结构:本报告分为引言、正文和结论三个部分。
首先在引言部分,会对文章的概述进行介绍,讨论文章结构和目的,并对报告进行总结。
在正文部分,我们将首先概述透射电子显微镜市场的整体情况,然后分析市场的趋势,最后对主要市场参与者进行分析。
在结论部分,我们将展望透射电子显微镜市场的发展前景,对本报告中的关键发现进行总结,并提出建议和展望。
通过这样的结构,读者可以系统地了解透射电子显微镜市场的现状和未来发展趋势。
1.3 目的:本报告旨在对透射电子显微镜市场进行全面分析和评估,以了解市场的规模、趋势和主要参与者的竞争情况。
通过深入研究市场动态和趋势,我们希望能够为从业者提供可靠的市场情报和商业决策支持。
同时,我们将重点关注市场的发展前景,为相关企业和投资者提供有效的建议和展望,以帮助他们制定更明智的战略规划和投资决策。
最终,本报告旨在为行业发展和市场竞争的进一步发展提供参考和指导。
1.4 总结在本报告中,我们对透射电子显微镜市场进行了深入分析,从市场概况、趋势分析以及主要市场参与者的角度进行了详细讨论。
通过对市场现状和发展趋势的分析,我们得出了一些关键的发现,并对市场前景进行了展望。
总的来说,透射电子显微镜市场具有广阔的发展前景,随着科技的不断进步和应用领域的不断扩大,市场需求将不断增长。
主要市场参与者在技术创新和产品研发方面将继续发挥重要作用,市场竞争将更加激烈。
基于研究结果,我们建议市场参与者要加强技术创新和产品升级,以满足不断增长的市场需求。
2024年电子显微镜市场发展现状引言电子显微镜是一种重要的科学仪器,广泛应用于生物学、材料科学、化学和医学等领域。
随着科技的进步和实验需求的增长,电子显微镜市场也迎来了快速发展。
本文将探讨电子显微镜市场的发展现状。
市场规模和增长根据市场研究报告,电子显微镜市场在过去几年中得到了稳步增长。
预计到2025年,全球电子显微镜市场的价值将达到XX亿美元。
这主要归因于电子显微镜在各个领域的广泛应用和技术的不断创新。
应用领域1.生物学:电子显微镜在生物学领域中扮演着重要的角色。
它能够提供高分辨率的图像,帮助科学家们观察和研究微生物、细胞结构和分子组成等生物学特性。
2.材料科学:电子显微镜在材料科学中的应用也逐渐增加。
它可以帮助研究人员观察材料的表面形貌、微观结构和材料缺陷,以及分析材料的成分和元素分布。
3.化学:电子显微镜在化学领域的应用主要集中在观察和分析化学反应过程、催化材料和纳米材料等方面。
它能够提供高清晰度的原子尺度图像,帮助研究人员深入理解化学反应和材料的功能特性。
4.医学:电子显微镜在医学领域中的应用主要集中在细胞学、病理学和医学诊断等方面。
它可以提供高分辨率的细胞图像,帮助医生们识别病原体、观察组织细胞结构和诊断疾病。
技术进步和创新随着科技的不断进步,电子显微镜的技术也在不断创新和改进。
以下是一些最新的技术发展: 1. 高分辨率:新一代的电子显微镜能够提供更高的解析度,使科学家们能够观察到更小的细节和微观结构。
2. 低温操作:一些电子显微镜已经实现了低温操作,可以在低于常温的环境中观察和研究材料的特性和行为。
3. 扫描透射电子显微镜(STEM):STEM技术可以提供更高的空间分辨率和能谱分析功能,使科学家们能够更详细地研究样品的原子结构和化学成分。
4. 原位观察:一些电子显微镜可以实现原位观察,即观察和记录材料的变化和行为,例如化学反应过程和材料性能的变化。
主要厂商和市场竞争目前,电子显微镜市场主要由一些知名厂商主导,例如菲利普斯(FEI)、日本电子(JEOL)和台湾开发工业(TSMC)等。
2024年电子显微镜市场需求分析1. 引言近年来,电子显微镜作为一种先进的显微仪器,已经在许多领域广泛应用。
电子显微镜的高分辨率、放大倍数大等特点,使其成为研究和分析微观结构的重要工具。
本文将对电子显微镜市场的需求进行分析,以期为相关企业提供市场规划和产品研发的参考。
2. 市场规模及增长趋势根据市场调研数据显示,电子显微镜市场在过去几年内呈现稳定增长的趋势。
随着科技的不断进步和应用领域的拓展,电子显微镜市场有望进一步扩大。
预计未来几年市场规模将继续增长,并且增速可能会加快。
3. 市场需求分析3.1 学术研究领域需求分析电子显微镜在学术研究领域有着广泛的需求。
各个学科的研究人员需要使用电子显微镜来观察、分析和探索微观结构,从而推动学术研究的进展。
近年来,纳米领域的研究发展迅猛,对电子显微镜的需求也越来越大。
3.2 工业应用领域需求分析电子显微镜在工业应用领域也有着广泛的需求。
电子显微镜可以用于材料研究、生物医药等方面,帮助企业解决生产和研发中的难题。
例如,在材料研究中,电子显微镜可以帮助企业分析材料的微观结构和性能,为新材料的开发提供重要依据。
3.3 医学和生物领域需求分析在医学和生物领域,电子显微镜也扮演着重要的角色。
医学诊断中往往需要观察和分析微生物的结构特征,而电子显微镜能够提供高分辨率的图像,帮助医生准确诊断疾病。
此外,在生物学研究中,电子显微镜也能够帮助科研人员观察细胞和组织的微观结构,深入了解生物学过程。
4. 市场竞争态势目前,电子显微镜市场存在一定的竞争。
国内外许多知名厂商都在该领域推出各类产品。
市场竞争主要体现在技术创新、产品性能和价格等方面。
企业需要不断提升自身的研发实力,以满足市场的不同需求。
5. 市场前景和发展趋势随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展,电子显微镜市场具有较大的潜力和发展空间。
未来几年内,市场需求有望继续增加,市场规模将进一步扩大。
同时,随着技术的进步,电子显微镜的性能也会不断提升,产品的功能将更加丰富多样。
透射电子显微镜的现状与展望透射电子显微镜方面主要有:高分辨电子显微学及原子像的观察,像差校正电子显微镜,原子尺度电子全息学,表面的高分辨电子显微正面成像,超高压电子显微镜,中等电压电镜,120kV,100kV分析电镜,场发射枪扫描透射电镜及能量选择电镜等,透射电镜将又一次面临新的重大突破;扫描电子显微镜方面主要有:分析扫描电镜和X射线能谱仪、X射线波谱仪和电子探针仪、场发射枪扫描电镜和低压扫描电镜、超大试样室扫描电镜、环境扫描电镜、扫描电声显微镜、测长/缺陷检测扫描电镜、晶体学取向成像扫描电子显微术和计算机控制扫描电镜等。
扫描电镜的分辨本领可望达到0.2—0.3nm并观察到原子像。
电子显微镜(简称电镜,EM)经过五十多年的发展已成为现代科学技术中不可缺少的重要工具。
我国的电子显微学也有了长足的进展。
电子显微镜的创制者鲁斯卡(E.Ruska)教授因而获得了1986年诺贝尔奖的物理奖。
电子与物质相互作用会产生透射电子,弹性散射电子,能量损失电子,二次电子,背反射电子,吸收电子,X射线,俄歇电子,阴极发光和电动力等等。
电子显微镜就是利用这些信息来对试样进行形貌观察、成分分析和结构测定的。
电子显微镜有很多类型,主要有透射电子显微镜(简称透射电镜,TEM)和扫描电子显微镜(简称扫描电镜,SEM)两大类。
扫描透射电子显微镜(简称扫描透射电镜,STEM)则兼有两者的性能。
为了进一步表征仪器的特点,有以加速电压区分的,如:超高压(1MV)和中等电压(200—500kV)透射电镜、低电压(~1kV)扫描电镜;有以电子枪类型区分的,如场发射枪电镜;有以用途区分的,如高分辨电镜,分析电镜、能量选择电镜、生物电镜、环境电镜、原位电镜、测长CD-扫描电镜;有以激发的信息命名的,如电子探针X射线微区分析仪(简称电子探针,EPMA)等。
半个多世纪以来电子显微学的奋斗目标主要是力求观察更微小的物体结构、更细小的实体、甚至单个原子,并获得有关试样的更多的信息,如标征非晶和微晶,成分分布,晶粒形状和尺寸,晶体的相、晶体的取向、晶界和晶体缺陷等特征,以便对材料的显微结构进行综合分析及标征研究。
近来,电子显微镜(电子显微学),包括扫描隧道显微镜等,又有了长足的发展。
下面见介绍部分透射电镜和扫描电镜的主要性能1.高分辨电子显微学及原子像的观察材料的宏观性能往往与其本身的成分、结构以及晶体缺陷中原子的位置等密切相关。
观察试样中单个原子像是科学界长期追求的目标。
一个原子的直径约为1千万分之2—3mm。
因此,要分辨出每个原子的位置需要0.1nm左右的分辨本领,并把它放大约1千万倍。
70年代初形成的高分辨电子显微学(HREM)是在原子尺度上直接观察分析物质微观结构的学科。
计算机图像处理的引入使其进一步向超高分辨率和定量化方向发展,同时也开辟了一些崭新的应用领域。
例如,英国医学研究委员会分子生物实验室的A.Klug博士等发展了一套重构物体三维结构的高分辨图像处理技术,为分子生物学开拓了一个崭新的领域。
因而获得了1982年诺贝尔奖的化学奖,以表彰他在发展晶体电子显微学及核酸—蛋白质复合体的晶体学结构方面的卓越贡献。
用HREM使单个原子成像的一个严重困难是信号/噪声比太小。
电子经过试样后,对成像有贡献的弹性散射电子(不损失能量、只改变运动方向)所占的百分比太低,而非弹性散射电子(既损失能量又改变运动方向)不相干,对成像无贡献且形成亮的背底(亮场),因而非周期结构试样中的单个原子像的反差极小。
在档去了未散射的直透电子的暗场像中,由于提高了反差,才能观察到其中的重原子,例如铀和钍—BTCA中的铀(Z=92)和钍(Z=90)原子。
对于晶体试样,原子阵列会加强成像信息。
采用超高压电子显微镜和中等加速电压的高亮度、高相干度的场发射电子枪透射电镜在特定的离焦条件(Scherzer欠焦)下拍摄的薄晶体高分辨像可以获得直接与晶体原子结构相对应的结构像。
再用图像处理技术,例如电子晶体学处理方法,已能从一张200kV的JEM-2010F场发射电镜(点分辨本领0.194nm)拍摄的分辨率约0.2nm的照片上获取超高分辨率结构信息,成功地测定出分辨率约0.1nm的晶体结构。
2.像差校正电子显微镜电子显微镜的分辨本领由于受到电子透镜球差的限制,人们力图像光学透镜那样来减少或消除球差。
但是,早在1936年Scherzer就指出,对于常用的无空间电荷且不随时间变化的旋转对称电子透镜,球差恒为正值。
在40年代由于兼顾电子物镜的衍射和球差,电子显微镜的理论分辨本领约为0.5nm。
校正电子透镜的主要像差是人们长期追求的目标。
经过50多年的努力,1990年Rose提出用六极校正器校正透镜像差得到无像差电子光学系统的方法。
最近在CM200ST场发射枪200kV透射电镜上增加了这种六极校正器,研制成世界上第一台像差校正电子显微镜。
电镜的高度仅提高了24cm,而并不影响其它性能。
分辨本领由0.24nm提高到0.14nm。
在这台像差校正电子显微镜上球差系数减少至0.05mm(50μm)时拍摄到了GaAs(110)取向的哑铃状结构像,点间距为0.14nm。
3.原子尺度电子全息学Gabor在1948年当时难以校正电子透镜球差的情况下提出了电子全息的基本原理和方法。
论证了如果用电子束制作全息图,记录电子波的振幅和位相,然后用光波进行重现,只要光线光学的像差精确地与电子光学的像差相匹配,就能得到无像差的、分辨率更高的像。
由于那时没有相干性很好的电子源,电子全息术的发展相当缓慢。
后来,这种光波全息思想应用到激光领域,获得了极大的成功。
Gabor也因此而获得了诺贝尔物理奖。
随着Mollenstedt静电双棱镜的发明以及点状灯丝,特别是场发射电子枪的发展,电子全息的理论和实验研究也有了很大的进展,在电磁场测量和高分辨电子显微像的重构等方面取得了丰硕的成果。
Lichte等用电子全息术在CM30FEG/ST型电子显微镜(球差系数Cs=1.2mm)上以1k×1k的慢扫描CCD相机,获得了0.13nm的分辨本领。
目前,使用刚刚安装好的CM30FEG/UT型电子显微镜(球差系数Cs =0.65mm)和2k×2k的CCD相机,已达到0.1nm的信息极限分辨本领。
4.表面的高分辨电子显微正面成像如何区分表面和体点阵周期从而得到试样的表面信息是电子显微学界一个长期关心的问题。
目前表面的高分辨电子显微正面成像及其图像处理已得到了长足的进展,成功地揭示了Si 〔111〕表面(7×7)重构的细节,不仅看到了扫描隧道显微镜STM能够看到的处于表面第一层的吸附原子(adatoms),而且看到了顶部三层的所有原子,包括STM目前还难以看到的处于第三层的二聚物(dimers),说明正面成像法与目前认为最强有力的,在原子水平上直接观察表面结构的STM相比,也有其独到之处。
李日升等以Cu〔110〕晶膜表面上观察到了由Cu-O原子链的吸附产生的(2×1)重构为例,采用表面的高分辨电子显微正面成像法,表明对于所有的强周期体系,均存在衬度随厚度呈周期性变化的现象,对一般厚膜也可进行高分辨表面正面像的观测。
5.超高压电子显微镜近年来,超高压透射电镜的分辨本领有了进一步的提高。
JEOL公司制成1250kV的JEM-ARM1250/1000型超高压原子分辨率电镜,点分辨本领已达0.1nm,可以在原子水平上直接观察厚试样的三维结构。
日立公司于1995年制成一台新的3MV超高压透射电镜,分辨本领为0.14nm。
超高压电镜分辨本领高、对试样的穿透能力强(1MV时约为100kV的3倍),但价格昂贵,需要专门建造高大的实验室,很难推广。
6.中等电压电子显微镜中等电压200kV\,300kV电镜的穿透能力分别为100kV的1.6和2.2倍,成本较低、效益/投入比高,因而得到了很大的发展。
场发射透射电镜已日益成熟。
TEM上常配有锂漂移硅Si(Li)X射线能谱仪(EDS),有的还配有电子能量选择成像谱仪,可以分析试样的化学成分和结构。
原来的高分辨和分析型两类电镜也有合并的趋势:用计算机控制甚至完全通过计算机软件操作,采用球差系数更小的物镜和场发射电子枪,既可以获得高分辨像又可进行纳米尺度的微区化学成分和结构分析,发展成多功能高分辨分析电镜。
JEOL的200kVJEM-2010F和300kVJEM-3000F,日立公司的200kVHF-2000以及荷兰飞利浦公司的200kVCM200FEG和300kVCM300FEG型都属于这种产品。
目前,国际上常规200kVTEM的点分辨本领为0.2nm左右,放大倍数约为50倍—150万倍。
7.120kV,100kV分析电子显微镜生物、医学以及农业、药物和食品工业等领域往往要求把电镜和光学显微镜得到的信息联系起来。
因此,一种在获得高分辨像的同时还可以得到大视场高反差的低倍显微像、操作方便、结构紧凑,装有EDS的计算机控制分析电镜也就应运而生。
例如,飞利浦公司的CM120Biotwin 电镜配有冷冻试样台和EDS,可以观察分析反差低以及对电子束敏感的生物试样。
日本的JEM-1200电镜在中、低放大倍数时都具有良好的反差,适用于材料科学和生命科学研究。
目前,这种多用途120kV透射电镜的点分辨本领达0.35nm左右。
8.场发射枪扫描透射电子显微镜场发射扫描透射电镜STEM是由美国芝加哥大学的A.V.Crewe教授在70年代初期发展起来的。
试样后方的两个探测器分别逐点接收未散射的透射电子和全部散射电子。
弹性和非弹性散射电子信息都随原子序数而变。
环状探测器接收散射角大的弹性散射电子。
重原子的弹性散射电子多,如果入射电子束直径小于0.5nm,且试样足够薄,便可得到单个原子像。
实际上STEM 也已看到了γ-alumina支持膜上的单个Pt和Rh原子。
透射电子通过环状探测器中心的小孔,由中心探测器接收,再用能量分析器测出其损失的特征能量,便可进行成分分析。
为此,Crewe 发展了亮度比一般电子枪高约5个量级的场发射电子枪FEG:曲率半径仅为100nm左右的钨单晶针尖在电场强度高达100MV/cm的作用下,在室温时即可产生场发射电子,把电子束聚焦到0.2—1.0nm而仍有足够大的亮度。
英国VG公司在80年代开始生产这种STEM。
最近在VGHB5FEGSTEM上增加了一个电磁四极—八极球差校正器,球差系数由原来的3.5mm减少到0.1mm以下。
进一步排除各种不稳定因素后,可望把100kVSTEM的暗场像的分辨本领提高到0.1nm。
利用加速电压为300kV的VG-HB603U型获得了Cu(112)的电子显微像:0.208nm 的基本间距和0.127nm的晶格像。