德国学者宾尼格和瑞士学者罗雷尔于1982年制造成功的“扫描隧道显微镜”,放大倍数可达3亿倍。
普通光学显微镜通过提高和改善透镜的性能,使放大率达到1000—1500倍左右,但一直末超过2000倍。
这是由于普通光学显微镜的放大能力受光的波长的限制。
光学显微镜是利用光线来看物体,为了看到物体,物体的尺寸就必须大于光的波长,否则光就会“绕”过去。
理论研究结果表明,普通光学显微镜的分辨本领不超过0。
02微米,有人采用波长比可见光更短的紫外线,放大能力也不过再提高一倍左右。
要想看到组成物质的最小单位——原子,光学显微镜的分辨本领还差3—4个量级。为了从更高的层次上研究物质的结构,必须另辟蹊径,创造出功能更强的显微镜。
有人设想用波长比紫外线更短的X射线的透镜。
20世纪20年代法国科学家德布罗意发现电子流也具有波动性,其波长与能量有确定关系,能量越大波长越短,比如电子学1000伏特的电场加速后其波长是0.388埃,用10万伏电场加速后波长只有0.0387埃,于是科学家们就想到是否可以用电子束来代替光波?这是电子显微镜即将诞生的一个先兆。
用电子束来制造显微镜,关键是找到能使电子束聚焦的透镜,光学透镜是无法会聚电子束的。
1926年,德国科学家蒲许提出了关于电子在磁场中运动的理论。
他指出:“具有轴对称性的磁场对电子束来说起着透镜的作用。
”这样,蒲许就从理论上解决了电子显微镜的透镜问题,因为电子束来说,磁场显示出透镜的作用,所以称为“磁透镜”。
德国柏林工科大学的年轻研究员卢斯卡,1932年制作了第一台电子显微镜——它是一台经过改进的阴极射线示波器,成功地得到了铜网的放大像——第一次由电子束形成的图像,加速电压为7万,最初放大率仅为12倍。
尽管放大率微不足道,但它却证实了使用电子束和电子透镜可形成与光学像相同的电子像。
经过不断地改进,1933年卢斯卡制成了二级放大的电子显微镜,获得了金属箔和纤维的1万倍的放大像。
1937年应西门子公司的邀请,卢斯理建立了超显微镜学实验室。1939年西门子公司制造出分辨本领达到30埃的世界上最早的实用电子显微镜,并投入批量生产。
电子显微镜的出现使人类的洞察能力提高了好几百倍,不仅看到了病毒,而且看见了一些大分子,即使经过特殊制备的某些类型材料样品里的原子,也能够被看到。
但是,受电子显微镜本身的设计原理和现代加工技术手段的限制,目前它的分辨本领已经接近极限。要进一步研究比原子尺度更小的微观世界必须要有概念和原理上的根本突破。
1978年,一种新的物理探测系统——“扫描隧道显微镜已被德国学者宾尼格和瑞士学者罗雷尔系统地论证了,并于1982年制造成功。
这种新型的显微镜,放大倍数可达3亿倍,最小可分辨的两点距离为原子直径的1/10,也就是说它的分辨率高达0.1埃。
扫描隧道显微镜采用了全新的工作原理,它利用一种电子隧道现象,将样品本身作为一具电极,另一个电极是一根非常尖锐的探针,把探针移近样品,并在两者之间加上电压,当探针和样品表面相距只有数十埃时,由于隧道效应在探针与样品表面之间就会产生隧穿电流,并保持不变,若表面有微小起伏,那怕只有原子大小的起伏,也将使穿电流发生成千上万倍的变化,这种携带原子结构的信息,输入电子计算机,经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图象。
鉴于卢斯卡发明电子显微镜的,宾尼格、罗雷尔设计制造扫描隧道显微镜的业绩,瑞典皇家科学院决定,将1986年诺贝尔物理奖授予他们三人。
电子显微镜放大多少倍数
显微镜的放大倍数是指目镜与物镜放大倍数的乘积,放大的是物像的长度或宽度.如目镜的放大倍数是10倍,物镜的放大倍数是40倍,该显微镜的放大倍数═10×40═400倍.。
总放大倍数有两种概念,一种是光学放大倍数,一种是数码放大倍数(只有连接成像设备时才会涉及到数码放大倍数)。
1、光学放大倍数是指我们从显微镜目镜中观测到物体被放大后的倍数。光学放大倍数的计算方式比较简单,即物镜倍数*目镜倍数。
例如:体视显微镜的放大倍数计算,连续变倍体视显微镜的物镜通常是0.7-4.5倍,那在10倍目镜的情况下,这台显微镜的总放大倍数为7-45倍。
生物显微镜、金相显微镜的计算则更为简单,一般的物镜配置是4倍、10倍、40倍、100倍,目镜常规配置是10倍,另外还有16倍、20倍等,只要将目镜和物镜的倍数分别相乘就可得到总放大倍数。
2数码放大倍数
数码放大是指外接设备后,显示到图像上的放大倍数,目前市场上较多的是用三目显微镜,通过CCD设备连接至电脑、监视器或者电视机上进行成像观察,以减轻眼睛的疲劳,同时也便于与他人分享。
放大镜是一个凸透镜的一种使用,它是使物距小于焦距,就得到一个放大的虚像。当物距变时,像距也跟着变,规律是:1/物距+1/像距=1/焦距。
对于放大镜使用又规定:使像成在明视距离处(25厘米)时的放大率为本放大镜的放大倍数,所以能推导出以下公式:放大倍数=1+25/f,其中f是焦距,单位是厘米。
为看清楚微小的物体或物体的细节,需要把物体移近眼睛,这样可以增大视角,使在视网膜上形成一个较大的实像。
但当物体离眼的距离太近时,反而无法看清楚。
换句话说话,要明察秋毫,不但应使物体对眼有足够大的张角,而且还应取合适的距离。
显然对眼睛来说,这两个要求是相互制约的,若在眼睛前面配置一个凸透镜便能解决这一问题。凸透镜是一个最简单的放大镜,是帮助眼睛观察微小物体或细节的简单的光学仪器。
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