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扫描电镜发展回顾
发布时间：
2023-08-08 17:56
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扫描电子显微镜（SEM）的发展历程如同一部科技探险小说。它的起源和发展都与科学家们不断的好奇心和对知识的追求紧密相关。
在20世纪初，随着物理学和材料科学的快速发展，科学家们对微观世界产生了浓厚的兴趣。当电子物理学的高速发展撞车传统光学显微镜分辨率的限制，科学家们已经无法看到超过200纳米以下的微观细节，他们迫切需要一种更高分辨率的显微镜来观察更小尺度的物质结构。
这就是扫描电子显微镜应运而生的现实背景。
透射电子显微镜(TEM)和扫描电镜(SEM)的构想都是在20世纪30年代初提出来的。1931年，德国的卡诺尔(M.Knoll)和鲁斯卡(E.Ruska)用冷阴极放电电子源和三个电子透镜改装了一台高压示波器，并获得了放大 12 倍的图像，他们发明的就是透射电子显微镜(简称透射电镜)。这个发明用事实证实了用电子显微镜来对微细的物体进行放大成像是可行的。1934 年，经过波尼斯(Ven Borries)和鲁斯卡的不断努力和改进，透射电镜的分辨力达到了 50nm，突破了光学显微镜的分辨极限，于是透射电镜开始受到科技界的重视。
20世纪40年代美国的希尔发明了消像散器，解决了由于电镜中电磁透镜的不完全旋转对称而造成的束斑不够圆的问题，使电子显微镜的分辨力有了新的突破。由于人们的电镜设计能力和机械加工水平的逐年提高，以及科学家们的不断改进，电子显微镜才达到了现在的高分辨水平。
最早提出和研发扫描电子显微镜的关键人物是德国物理学家马克·冯·阿弗林（Max von Laue）和瑞典物理学家奥古斯特·特雷夫斯（August K. Tufte）。1938年，他们设计并制造了一台最早的电子显微镜雏形，但由于技术限制和第二次世界大战的爆发，进一步发展受到了阻碍。
20世纪50年代起，新一代科学家开始加入到扫描电子显微镜的研究中，扫描电子显微镜开始进入高速发展时代。1956年，美国物理学家埃尔文·米勒（Erwin Müller）研发出了最早的可行的原子尺度成像装置，被视为扫描电子显微镜的奠基者。1965年，日本科学家阪本浩（Hiroshi Tanabe）和日野隆韦（Ryoei Hino）制造了首台商用化的扫描电子显微镜，并开始推广和应用该技术。上世纪70年代，德国卡尔蔡司公司、荷兰皇家飞利浦公司和美国埃里卡公司等开始大规模生产扫描电子显微镜，使其逐渐普及。而进入80年代，美国物理学家吉山修一（Shuichi Yoshida）提出了场发射电子显微镜（Field Emission Scanning Electron Microscope，FE-SEM）的概念，进一步提升了扫描电镜的分辨率和精确成像的能力。
近年来，随着纳米技术的快速发展，扫描电子显微镜在材料科学、生物科学、纳米科学等领域的应用越来越广泛，不断推动了其技术的创新和进步。
不足百年的时间里，电子显微镜高速发展，电镜的分辨力和检测功能也在不断地提高和增多，同功能的机型，其体积越来越小，应用范围也越来越广，性价比也在提高，普及也在日益加快。科学家们站在“巨人的肩膀”上不断提出了新的理论，设计了关键的仪器和设备，推动了扫描电子显微镜技术的进步和商业化应用。
总体而言，扫描电子显微镜的历史是一个积极不断探索和创新的过程。从最早的雏形到今天的高分辨率、高性能的设备，扫描电子显微镜已经成为不可或缺的科学工具，为我们揭示了微观世界的奥秘。
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