显微镜对人类的意义

显微镜是人类进入科学时代的代表发明之一，它不仅帮助人们观察到那些肉眼看不到的物质，而且还帮助人类挽救了无数生命。如在无法查看人类和其他动物细胞并了解他们如何分裂的情况下， 决定如何应对各种癌症会是一个难题。而显微镜的出现为解决这类问题提供了方便。 那么，显微镜有哪些分类呢？从外观来看，可分为政治显微镜和倒置显微镜。倒置显微镜为了适应生物学等领域中业绩显微观察需要而设计，物镜的工作距离会比政治的大。双击关注，与明媒一起探索微观世界！

工欲善其事，必先利其器。科学仪器是科学研究的基础条件和重要手段，更是重要的原创性科技成果。 在诺贝尔自然科学类奖项中，有超过一半的物理学奖、化学奖和生理学或 医学奖的研究成果是借助各种先进仪器完成的。由于科学仪器研发周期长，技术壁垒高，国产科学仪器自主研发相对之后， 在很长一段时间里，我国科学研究高度依赖国外的科学仪器，如今我国的科研团队实现了新的突破。 接下来，让我们一起走进由国家自然科学基金委员会科学传播与成果转化中心和中国科学科普部共同策划的高端科普系列节目科学未来式。 大家好，欢迎收看科学未来式。我是陈峥，小的时候我们都用毛笔练过大字，不知道您写过最小的字又是什么样的？您是用什么工具写的呢？ 今天我们要通过科研仪器的操作来打破大家对写字的概念。下面我们请各位观众朋友们一起来看一段视频，或许他将是你见过这世界上写出的最小的字。 刚刚我们看到的画面是通过无液害低温扫描、探真显微镜操作完成的，科研工作者借助先进的实验设， 对原子进行了精确的操控。由于科学一汽研发周期长，技术壁垒高，国产科学一汽自主研发今天还相对之后， 在很长的一段时间里，我国的科学研究高度依赖国外的科学仪器。而今天我们请到现场的专家老师，利用无液害制冷技术，通过开创性的方法， 提出了一种全新的远端液化无液害必循环制造方案，解决了现有设备的许多问题，实现了科研仪器的自主研发。下面我们就有请本期的导师有请。 大家好，我叫环庆，是来自中国科学院物理研究所。哎，黄老师，刚才我在这个短片当中看到啊，我们在微观 的这个原子量级去写字，这个事到底怎么实现呢？啊？我们是通过使用一种高端的仪器设备，通过针尖对单个的原子进行操控，实现了这个原子的有序排布。啊，这个说起来简单哈，通过针尖来 操控原子，但是原子这东西我教物理的，我大概知道他的量级在零点一纳米的水平。对 这个我们得用一个什么样的针尖去操控他，我们抽丝剥茧来了解一下您所做的这个特别有趣的工作。好，那我们首先第一个问题就请出我们的神奇盒子。 哎，我们这盒子啊，向您提出的第一个问题是碳真显微镜。碳真显微镜和我们传 种的光学显微镜有哪些不同呢？探真显微镜的工作原理和光学显微镜是完全不一样的。光学显微镜是大家所熟悉的，也是非常早之前发明的一种。呃，最原始的或者最古老的显微镜，它是利用光作为载体来获得表面材料的信息。 啊，那么碳真显微镜呢？他从工作原理上刚才已经讲到是完全不同的。那么事实上，碳真显微镜我们要扫描碳真显微镜，他是一个家族。 那这里边呢？最早发明的叫扫描隧道显微镜，他其实是一根金属针尖，非常靠近表面，到达呃纳米范围以内，那么这个时候会发生一种现象，如果在针尖和样品之间加一个电压，会产生一种叫碎穿电流，也就是我们量 量子碎穿现象。那么这个微弱的电流呃，他对表面啊有很高的这个局域性，可以进行高分辨的成像。因此我们就是利用这样一个量子碎穿的原理，金属针尖在表面不断扫描来对表面进行成像。 那么在此之后呢，啊又发明了原子力显微镜，磁力显微镜、电力显微镜等等。原子力显微镜利用的就是碳真表面尖端的原子和表面的原子之间的各种作用力，这里边包括范达瓦尔斯力，炮力力、排斥力 啊，电磁力等等各种力来对表面进行成像。他解决了一个重要的问题，就是可以对不导电的样品进行成像。那么如果我们在针尖上加上呃电核或者加上磁性原子， 那么我们就会使得碳真具有电厂和磁场的探测能力，从而对表面的电核分布以及磁球分布进行成像。黄老师，您刚才非常详细的跟我们介绍了碳真显微镜的家族，嗯，我就想替我们的观众朋友们问个问题， 我们已经有光学显微镜了，有的时候我们家里也买一个啊，看那个把我们从宏观世界带进微观世界，那为什么还要 发明这个探真显微镜？事实上人类科学的发展一直是在向极限逼近啊，那么光学显微镜最大的问题就是他的分辨率并没有很高 呃，当物体的尺寸跟光的波长相近的时候，就会发生一个眼色的现象，也就是说光会绕到物体后面，那么光学显微镜此时成像能力就 达到了极限。人们为了获得更高的空间分辨能力，能够看到更小的物体，发明了新型的显微镜。那么首先是电子显微镜，利用电子替代光来对物体进行成像，那么扫描探真显微镜是一种全新的技术路线 呃，他可以把人类的这个时空间的分辨极限推进到了亚埃的这个范围。黄老师，像您说的这样，用探真显微镜 来取代我们的光学显微镜，就一下把分辨能力从光的波长大概几百纳米的这个量级就推进到了像您说的呀，哎的量级，零点几纳米的量级。 那这样的显微镜能力这么强，平常好像不太容易见到他呀。事实上，达到这样的分辨率对实验条件是很苛刻的。我们的系统往往 是工作在很极端的环境啊。首先是超高真空啊，因为大家知道空气当中有大量的分子，如果我们所研究的对象是单个的原子分子，这样我们其实很难在大气的环境下去开展相关的工作， 因此我们需要创造一个非常干净的环境。此外，我们的分辨率达到了亚埃的水平，这就意味着我们的震动水平是非常低的，我们的震动水平可能要要比埃还要小好几个数量级，通常要到平米的量级， 那这样就对我们系统的呃震动水平要求非常高，这里的震动不仅仅只来自外界的震动，还包括来自系统本身的震动啊。此外，我们很多的实验需要在低温下开展，那么低温会给我们带来很多好处，它可以使得 我们带研究的系统更加稳定，比如说原子分子不会到处跑，然后低温也会显著降低，能量展宽使得我们的能量分辨率大大提高啊。此外，我们研究的很多有趣的物理现象是发生在低温环境，比如说超导。 呃，我其实有一个体会，就是当初我们实验室呢，为了教学，我们也购置了一台原子力显微镜， 当时在做样品测试的时候，我们的精度要求还不是特别高，但是呢，呃，还负责这个工作的工程师就反复给我们强调， 不要走路，不要打喷嚏，不要咳嗽、不要说话。这让我第一次体会到了这么高的精度下，原来我们站在显微镜附近两三米的位置走路，甚至说话都会对他有影响。那刚才 您还有特别讲的不止这些，外部的影响，设备自己还有影响，然后呢？还对温度、对真空等等都有这样的要求。怪不得我们今天啊，在家里边还很难看到这样设备的身影。 那下面我们打开下一个神奇盒子，看看这个神奇盒子会有什么样的关键词，请黄老师给我们做进一步的解读。 哎，这是一个温度，零下二百七十点三五摄氏度。 呃，这跟您刚才提到的低温应该就有关系了，这个温度其实对应着是两点八凯尔文，这个温度就是我们目前呃，新的技术所达到的这个温度。您的工作是围绕着这个温度展开的是吗？呃，是的，这个刚才讲了一台 还高精尖的仪器设备设计很多的方面，这里有真空环境，有低温，有如何减震，有如何降低电子噪音等等等等，所有的技术问题，科学问题都解决了，才能够实现一个高性能的仪器设备， 那这里面低温是我们很重要的一个方面啊。这个说起低温哈，我们很多朋友其实生活当中都有这样一个经验，每到夏天，我们就开始感谢空调的出现， 让我们能够哎人工的制冷，但您说的这个显然不是我们空调的能力范围。我们今天要获得如此低的温度， 大概都有什么样的手段呢？传统的获得低温的手段，我们最常用的就是通过制冷剂啊，那么常见的制冷剂包括液氮、液氢、液害， 那么不同的低温酶质，它的最低温度是不相同的，比如说液氮是到七十七 k， 液氢是大概到二十 k， 那么如果想要实现更低的温度，比如说四 k 以下， 呃，五 k 以下，那么就得使用液态，液态的液化温度是四点二 k。 那从您刚才介绍这个情况看，看起来，液态是一种最好的制冷剂，因为它温度够低，但是据我所知哈，液态就是害，这种资源 他在地球上是不可再生的。我看到很多的科研院所有专门的液害循环的体系，那我们要做大量的智能，受到这样一个限制，岂不是很受局限了？ 您说的很对，呃，其实害是一种稀有气体，呃，其实主要原因就是他在地球上的储量是非常少的，我们国家是平 害股，我们到目前为止，呃，百分之九十多的害资源都是要依赖进口的，而且，呃，就像您说的，害他是不可再生的，我们的害一旦跑到空气中，由于害原子很小，他会直接通通过大气层跑到太空当中 啊，这些害就再也回收不来了，所以害是一种非常宝贵的资源。呃，他不仅可以用于啊，我们的这个科研，在医疗包括汽车领域都有非常多的应用。 的确，害这种元素我们是先在太阳上发现，之后才在地球上找到，他又是一个无法人工合成的， 那么如此的稀缺，我们有没有可能不用这个东西呢？对，事实上啊，人们早就发展了无液害的技术，其实无液害的技术并不是不用液害，而是重复的循环 使用。呃，害资源。呃，那通常来讲无液害的技术需要用到制冷机，制冷机呢，它是通过绝热循环把电力转化成冷冷量呃实现降温的，而且目前成熟的制冷机也也可以达到液害的温度 啊。那您说的从这个角度看，是不是我们今天这个问题已经基本解决了呀？啊？没有那么简单啊，对于不同的应用而言是要求不一样的，像我们扫描探真显微镜这样对震动极其敏感的设备， 那么通常来讲制冷机的震动幅度是我们这个所要求的噪音水平的很多很多倍，因此我们必须要解决好震动的问题。黄老师，听您这么讲啊，我能不能做这样一个粗糙的类比？就是啊，我们家里员 那个空调啊，他也是个制冷机，过去呢就是窗式空调，但是那个经常就噪音非常大。后来呢，我们就发展出这种分体式空调，把压缩机挂到墙外边去，然后呢，送风的这部分放在屋里，这样 啊，噪音的影响就小了很多。大家也也知道，就是我们原来用窗式机的时候，因为压缩机包括排散热系统都在一体，所以我们在开机的时候往往会听到很大的声音，现在采用了分体的方式，把噪音大的部分放到了窗外，呃，这样我们的 空调噪音小了很多。其实我们的这个思路跟这个是很接近的，听起来道理很简单，但这里边的具体要解决的技术问题肯定非常的不容易。那下面呢，我们就打开第三个神奇宝箱来请黄老师再给我们 进一步的解读。哎，这个宝箱这个词啊，好专业， try s p m 这什么意思呀？黄老师，呃， s p m 就是 scanning probe microscope， 就是我们刚才讲的扫描探真显微镜， 那么 dry spm 它的意思就是叫干式啊，那么干式对应的是湿式而言，就是我们常规用大量液害的系统，我们叫湿式系统，那么当然这个名称也可以有很多种，比如说也有人叫无液害， 呃，叫 hidden free， 或者是叫闭环制冷，叫 close cycle s p m。 呃，事实上刚才也讲到了这个亥，资源的贫乏不仅仅是中国的问题，在整个全球来讲，呃，都是一个普遍面临的问题，近些年整个国际上 害的价格也是攀升了很多啊，那么大家都在努力将很多的装置和仪器实现无液害化，那么这个就是我们所做的无液害的扫描探尘显微镜，也就是 dry spm 啊，那么这个系统呢，我们采用了跟国外完全不同的技术路线啊，据我们所知，目前国际上几乎所有的研究组所采用的都是一种近端液化的方法， 呃，将制冷机直接安装到系统上，那这种方法好处是，呃可以实现很高的降温效率，但缺点也是显而易见的， 他很难完全去除掉来自制冷机的震动。于是我们提出了一种全新的远端液化的方式，我们将制冷机安装在一个独立的腔体上，这样可以显而易 的降低震动水平。但是我们当初也很担心的一个事情就是温度很难降下来，但经过不懈的努力，我们成功的实现了比传统的无液害方式更低的温度，这主要得益于我们高效的液化，我们把害 降到了二点一七 k 以下，也就是害的超流温度以下，实现了超流状态下的害气传说。这样不仅提高了传输的效率， 而且由于传输过程中完全没有阻力，就我们的噪音水平达到了可以和湿式系统相媲美的水平。您能不能给我们举一两个例子？ 呃，就是您在攻克这个过程当中都有哪些难关需要突破，或者在这个过程当中有什么为您印象比较深刻的事吗？这个研制这个系统的过程当中，我们有很多很 很多的技术问题需要解决，其实每一步都要特别仔细的去找到好的解决方案。比如说在减震方面，为了完全彻底的隔绝呃，来自制冷机的震动，我们不仅要有柔性非常好的输液感 啊。此外我们在泵路方面也都要有多级的博文管去减震来彻底消除。那么另一个技术的难点就是如何实现热连结，从制冷端到我们的扫描探真显微镜。 热连接很重要，如果连接特别强，那么就会使得噪音水平提高，如果连接比较弱，那么就会使得温度降不下来，所以这里边要经过大量的摸索实验才能找到最佳的组合啊。您刚才提到了一个热连接的概念，能不能简单跟我们解读一下什么叫 热连接？热连接就是，呃，我们要把热或者冷传导到我们的样品上，那么如何实现这个高效的传导？因为在我们系统工作的状态是超高真空的状态，是没有气体的，没有热交换的渠道或者通道。 我们最有效的办法就是使用柔性的连接将样品和制冷端相连接啊。我是不是可以这么粗糙的理解？就好像我们用电脑那个 cpu 会发热，我们就要给他加一个散热器， 那个散热器呢，往 cpu 上摁的非常的紧密的时候，那导热效果挺好，但是 cpu 上面那个风扇，假如它转的时候震动很大，就会带着 cpu 一块震，但反过来我要把这个整个散热片离得稍微远一点，这个震动倒是传不过去了，但是散热效果 又变差了。这样一个矛盾的关系，就是您说的需要解决的问题。是的，这是一个很重要的问题，我们也是经过了反复的实验呃，才达到了一个最好的减震效果，同时又能实现尽可能低的温度。 黄老师讲的非常的闲庭信步啊。但其实我相信在这个过程当中是克服了非常多的困难的，因为 只有两点几个凯尔文，零下二百七十摄氏度的水平，如此极端的条件，真的难以想象啊。那黄老师，我们做的这些工作相当于我们自己造了一套属于自己的 spm 的系统，扫描探真的系统，那他给我们的科研又带来了什么呢？ 首先从科研角度来看，扫描探真显微镜是一种很重要的科研仪器装备。事实上，呃，这个 扫描探真显微镜的发明也极大促进了纳米科技的发展，我们包括到今天，我们很多重要的成果都是利用这样的装备来实现的，因此这样的设备我们必须要能够自己造。 事实上，呃，在国际环境日趋复杂的今天，一些高端的仪器设备，包括扫描探真显微镜在内，我们是受到了 呃禁运或者是限制，这将很大程度上影响我们基础科研的发展。所以作为啊，科研工作者，我们有义务有责任去解决这个问题。 国家自然科学基金委、国家杰出青年基金项目和国家重大科研仪器研制项目为该技术的研发提供了有力支持，特别是基金委交叉学步，为从 是仪器和技术开发的青年科技工作者提供了更广阔的空间。说起高端的科研仪器，可能很多朋友平常关注的是离我们生活比较近的那些民用的领域，像芯片啊之类的，但其实 科学探索发展到今天，已经离不开前沿的高端的科学器的帮助，而我们实验室里面的高端科研仪器是不是掌握在我们自己手里，面 对我们整个国家的科技发展啊，其实要起到的作用可能比芯片还要大。您说的很对， 回顾整个科技的发展史，其实科技的发展都是伴随着各种新的技术手段，科学仪器的发明而不断往前走的。我们的很多的高端的科学仪器到今天为止 都是受制于人的，这将对我们未来的中国的研究的水平进一步的提高产生了很大的限制。没错，我们现在要发展心智生产力，创新是关键。 而在创新的这个体系当中，高端的科学仪器是我们提高我们的科技发展水平，我们科技自立自强的非常重要的组成部分。黄老师，您说的这个让我特别感兴趣啊，我们什么时候能看到这个装备呢？ 我们现在事实上已经有多台系统在我的实验室运行了，我带大家去看一看。 大家好，我现在位于北京环游科学城，中国科学院物理研究所材料经营组平台。我身后的这台设备是自主研发的必循环无液害扫描弹 显微镜设备。这台设备的独立之处呢，是将低温制冷部分放置于一个独立的液化腔体，在腔体内我们充入了十升的汉斯气体，气体液化之后，通过一个柔性的输液管传输到扫描探针设备，为其提供小于三 k 的低温 嗨气化之后再通过一个柔性的一个输液管输送回我们的液化腔体，完成一个闭循环。在三 k 的技术之上呢，我们又增加了一路嗨三气体的循环，可以使扫描探针的温度降到零点五 k 温度以下，做到了基于 b 循环无液害扫描探针设备的行业领先地位。 这是我们扫描探针的主体部分，它主要分为三个枪式，分别是快速接样枪、支背枪和表针枪。我们将样品放置于快速接样枪，将其抽真空之后，通过一个长 的磁力杆传。至于我们的支背枪，可以进行材料的支背。材料支背完成之后，我们通过样品台传至于我们的表针枪，再通过一个机械手将我们的样品传至于我们的扫描探针部分，实现低温和超空真空的一个表针。 对于一台扫描探针显微镜设备，探针的选择和设备至关重要。探针材料的选择通常有污、薄衣、静音等金属。那以污为例，污具有硬度高、呃，易腐蚀和尖度高等特点，得到了最广泛的应用。 那对于博弈来讲，他的支背非常简单，可以通过一个剪刀就可以拉出一个特别尖锐的针尖来。目前这台设备里所采用的正是我们利用剪刀所剪出的一个博弈针尖。我们可以通过电脑去实时的控制我们的扫描探针设备。这里展示的是我们的交后界面通 这个交互界面呢，我们可以实现亚元子级的谱学表征，原子控制还有成像。那扫码探针最大的一个特点呢，是我们可以通过呃扫码探针去实现原子和分子的操控，去构筑自然界中不存在的量子结构，去研究其新奇的特性。 我们还能够去控制磁性原子，实现量子信息的存储。与现有磁存储方式相比，磁存储的信息的密度是现有磁存储方式的数百倍， 现在我们这套无业害的扫描探知显微镜套系统啊，他的应用情况怎么样？我们近期也是在在努力的推广。 呃，我觉得一个科学仪器从原理提出到样机实现，呃，后面的应用也是非常重要的，只有实现了技术的迭代，在不同领域更广泛的应用，才能把 仪器越做越好。那么目前我们也在做产业化的尝试，今年将会有近十台套的系统推广到全国各个高校和科研机构。希望不远的将来，我们的系统经过反复迭代以后，能够更加成熟，更加可靠。呃，性能上优于国外的产品。 非常期待的这一天的早日到来，也特别希望我有一天有机会使用您的这个设备。 这里呢，我们三个宝箱都已经打开，通过黄老师的介绍，我们已经了解了每一项科研创新成果的背后，不光有原理到技术的转化，还有我们科技工作者在创新的道路上所做出的努力收获。 那么在这，我也想请黄老师给我们做一下您的畅想。好。呃，我希望一方面这个 新的技术可以应用到更多的领域，比如说深空探测、量子计算等前沿新兴的研究领域。此外，我还希望通过我们开展自主的仪器研制，来推动国家在基础研究方面的高质量发展。从跟跑 到病跑到领跑，我们节目的最后一个环节非常特别，就像我们当初近代科学的诞生是从仰望星空开始， 我们在这呢，也希望我们来到这里的每一位专家，把您对未来的期许凝成一颗科研之星，画上科学的星空，让未来的科技工作者，未来的所有的人能够在这个星空当中 也找到自己的方向，找到自己的期许，好吗？请您伸出您的右手，寄托您的 期许。我有三个愿望，第一个愿望是希望在不久的将来，我们中国的科学家都能够使用自己研发的科学仪器工作。 第二个愿望是希望未来有更多的优秀的年轻人能够加入到我们的团队中，开展科学仪器的研制。第三个愿望是希望有朝一日，我们中国人原创的高端的科研仪器装备能够被发明出来。 的确如黄老师所说，我们也期望着中国的科学家尽早的用我们自己的科学器开创科技创新的新成果，科学解读世界，创新引领未来。感谢您收 看本期的科学未来式，我们下期再见！

没有高达二百五的智商，是绝对发明不出来电子显微镜这种天才产品的。电子显微镜的发明，瞬间把人类和微观世界的距离缩短到了纳米级。 注意看，最左边这只漂亮的蝴蝶翅膀，是用你家的相机拍摄的，中间这个是用光学显微镜拍摄的蝴蝶翅膀，右边这个是用电子显微镜拍摄的，差别是不是非常大？ 这就是电子显微镜的神奇之处，它的最大分辨率可以达到五十平米级别，相当于一个原子的直径。所以人们一直把电子显微镜用于最尖端的芯片开发中， 从一千纳米及到最先进的三纳米级芯片，都离不开电子显微镜的帮助。电子显微镜一般分为两种，一种是扫描电子显微镜，主要用来观察物体表面的情况，就像前面我们展示的蝴蝶翅膀就是由这种显微镜 拍摄的，他的分辨率可以达到一拉米，这是什么概念呢？简单来说就是只要被观测对象的直径大于一拉米，都可以给他观测到。另外一种是透射电子显微镜， 他比扫描电竞更厉害，他的分辨率可以达到五十平米，约等于一个轻圆子的直径。更厉害的是他可以观测到物体内部的结构，比如线粒体内部蛋白质的结构，或者晶体管内部的结构，这在生物工程和微电子工程领域都是非常重要的。 今天我们就来看一下透射电子显微镜的工作原理。在透射电子显微镜的顶部市场发射源，它的主要作用就是发射电子 厂，发射源的末端是一根乌金针，他的下方是金属环，我们可以称他为提取环。提取环连接在五千伏的电源上，在强电场的作用下，厂发 发射源发射的电子通过乌金针形成电子术进入到提取环中，这就是尖端放电效应。接下来的工作就是要把这些电子加速到二十一万千米每小时，也就是光速的百分之七十。 为了达到这个速度，就需要对电子进行多次加速，这就要用到多层带电的金属环形成多级电场。 在高达几万伏的电压作用下，金属环上的正电赫吸引着电子数从中间的孔洞穿过，逐级加速，一直打到样本托盘上。 在这里，无论是硅机还是碳机，甚至是金属，在高速电子流的照射下，都会显现出他最真实的面目。电子术照射的过程中是需要排除一切干扰因素的，因此工程师又在电子加速器的末端加上了一台真空泵，他会把观测区域抽成真空状态，目的就是消灭掉一切大气氛。 如果没有这个真空泵的话，超高速电子数会与空气粒子产生撞击，形成路径偏移，导致成像结果产生扭曲变形。了解完聚光术，我们再来看一下电子显微镜很重要的组成部分，此透镜 磁透镜由聚光镜、雾镜和投影仪三部分组成。在光束到达样本支架前，先要经过聚光镜，聚光镜的作用就是让整个电子数更加聚焦，在这里还可以利用这个带有不同孔径大小的金属片，对电子数里的游离电子进行梳理，从而使电子数更加平行的进入到样本里。 样本支架的设计也是非常巧妙的，为了实现全方位立体的观测样本，样本支架可以沿 x、 y、 z 三轴进行空间移动，从而获取与内部晶体管特征完全垂直的图像。通过对电子数大小的调节，让光束机 用与之匹配的样本产生散射，就会在光束中产生图像。这个图像在经过雾镜放大后，可以达到原图像的四十倍，实现图像分辨率和清晰度的提升。接下来就该投影仪登场了，投影仪会把雾镜处理过的图像再次放大， 提升到原来图像的五万倍。为了确保图像的清晰度，他还会自行弥补像素差。到这里，观测样本的图样基本上已经出来了，最后通过电子成像系统，把电子转换成电信号，就可以形成图像输出了。这就是电子显微镜的工作原理，你学会了吗？

你知道吗？显微镜比放大镜放大倍数大，其实有近一个半世纪都是错的。显微镜之所以比放大镜高级， 是因为他能够让人看到肉眼无法直接观察的微小世界，而放大镜却只能放大一些我们已经看到的小东西。但是你知道吗？其实显微镜最初出现的时候，他的能力其实远远不如制作精巧的放大镜， 甚至在放大倍数的竞赛跑道上也就落后了大概一个半世纪。学过初中科学的同学都知道， 放大镜就是一个玻璃透镜，通过对光线的折射让小东西被放大，而显微镜是由雾镜和目镜共同放大，放大倍数是雾镜放大倍数与目 透镜放大倍数的成绩，所以放大倍数肯定要比单个透镜的放大镜要大的多。那就让我们通过对显微镜的发明和原理及发展历史来探究一下，就能知道为什么显微镜一度赶不上放大镜。 关于显微镜的发展史，就不得不提到两个人的名字，罗伯特胡克、 robert hook， 一六三五到一七零三与裂纹虎客 rehok， 一千六百三十二到一千七百二十三。他们一个是显微镜之父，一个是微生物学之父， 还有网上也把列文虎课也叫做显微镜支付的，其实是一个误解，让我来把显微镜的发展史掰扯清楚，就真相大白了。其实显微镜 最初发明是一个非常偶然的事件，具体是谁第一个发明的显微镜，网上说法也挺多的，比较多被人认可的是荷兰一位抹眼镜片的工人汉斯马顿斯詹森的两个孩子在摆弄镜片的过程中，无意间把镜片叠在一起， 发现能放的比一个镜片放大的更大，后来在他的帮助下就制作了世界上第一台显微镜。而他之所以没有被称为显微镜之父，可能就是因为他虽然制作出了显微镜， 但是说不清放大的原理吧。而罗伯特胡克制作的显微镜名气最大，因为他改良了显微镜，并且用他观察了软木塞并命名了细胞。他制作的显微镜比较精美， 而且他除了书显微图谱描述了原理，同时他又是一个博物学家，在光学、力学、生物学等学术上成就斐然，所以他被成为显微镜之父也就顺理成章了。 显微镜的原理其实是利用了透镜的两次放大，第一次，雾镜通过把在一倍焦距和两倍焦距之间的标本通过透镜成一个放大倒立的石像。第二次，再通过把第一次成的像置于目镜的一倍焦距内， 成一个正力放大的虚像，让人眼能够看到两次放大后，放大的倍数就比一个镜片放大要大的多了。但是当时的科学技术还没有能够消除光线在通过两个透镜折射后产生的焦点偏移， 光线四散的问题，所以放大倍数最多也就达到一百多倍。好了，到这里我们就要提到第二个也被称为显微镜支付的人，那就是裂纹虎壳。裂纹虎壳是一个没受过正规科学教育的人， 但是他却有着极强的好奇心。一次偶然的机会，他去英国接触到了已经出版并且当时的畅销书显微图谱，知道了书中提到的制作显微镜的方法， 好奇心驱使他学着自己制作显微镜，并且用自己制作的显微镜拿来观察各种奇奇怪怪的东西，从自然界的水滴到牙齿间的牙垢，甚至动物和人的津液。因为他制作的显微镜放大倍数最大能达到两百七十 被左右，所以第一次看到微生物精子等人类从未见过的东西，扣开了微生物界的大门。从对现存博物馆的裂纹琥刻制作的显微镜的透射分析， 科学家们发现，其实裂纹虎客制作的显微镜就是借鉴了胡克显微图谱中描述的用火熔玻璃尖制成球形玻璃透镜的方法。其实 虎客制作的不是我们现代意义中的显微镜，而是一个制作精良的放大镜，因为他只有一个透镜，而且做的很小，直径一毫米左右， 所以他其实很好的规避了光在折射过程中产生的焦距偏移和色差问题，使得能够让他的放大倍数领先原理更先进的复式显微镜多透镜组合而 成一百多倍，而且这个领先一直保持了近一个半世纪。所以原来大家因为裂纹虎客制作的显微镜倍数领先，给予了显微镜支付的称号，也就容易理解了。 至于微生物支付的称号，那给他真的就当之无愧了，因为就是因为他制作的比较先进的单透镜显微镜，打开了微生物界的大门，让人们知道了微生物界其实比现实世界更宏大，更生机盎然。

显微镜是如何工作的呢？这是人的舌头在显微镜下的样子。而电子显微镜可以产生电子，并将其加速到光速的百分之七十，从而产生一束电子。接着是一系列词，透镜将电子聚焦到一个小范围内，这些电子会穿过我们正在观察的样本， 然后根据样本内部的密度和材料不同，电子通过时也会发生相应的散射，从而在电子树上留下样品内部的图像。 然后会将应季电子数放大，使用雾镜放大四十倍，再用一组投影仪透镜将其放大五万倍，这样足以被显微镜底部的高分电率相机传感器捕捉到并进行拍摄生成图像。 而光学显微镜只能放大样品到大约两千倍，如果进一步放大图像的话，就会变得模糊不清。而电子显微镜的放大倍数可高达二 二百万倍。但是光学显微镜仍用于学校的基础研究。光学显微镜使用光作为辐射源，可以向我们展示细胞的细胞核和细胞壁以及细胞膜。而如今的电子显微镜使得我们的微观世界变得更加细致和丰富。我们不仅看到了细胞壁、细胞核和细胞质， 还看到了更微小的细胞器，如线粒体和内置网，以及高尔基体等等。光学显微镜无论其设计如何改进，都是无法看到小于二百纳米的物质，而电子是戴负电荷的亚原子粒子 电鹤存在于原子核周围。当金属变得非常热时，其中一些电子会获得巨大能量，他们就会像流星一样脱离轨道自由电子的能量与波的比例有关，能量越高，波长越短。电子是一种非常适合显微镜的辐射方式，可以使用 电磁铁轻松聚焦，并且磁透镜可以改变光束的路径，类似于玻璃透镜可以弯曲光线的原理。电子显微镜主要分为两种，透射电子显微镜 time 和扫描电子显微镜。散 在透射电子显微镜中，电子术穿过样品再进行观察，只有透过的电子才能被看到，这样我们就能看到细胞内的不同成分。而扫描电子显微镜的电子术用于扫描物质结构的表面，指观察反射的光束， 这样物体表面结构就一览无余了，例如昆虫的绒毛，外体可以看到非常详细的表面结构。好了，显微镜就聊到这里，如果满分是十分的话，你能给几分呢？可以评论区告诉我，有喜欢的请点个赞！

在人类探索未知世界的历程中，有一种仪器宛如魔法之眼，让我们得以窥探到肉眼无法触及的微观世界。这便是电子显微镜，人类科技的最璀璨明珠之一。 它不仅仅是一个工具，更是人类对自然界本质的深入洞察。电子显微镜以及无与伦比的放大能力，让我们得以观察到纳米级别的微生物，开启了人类探索微观世界的新篇章。它超越了围脖望远镜的视野，让我们有机会看到世界的另一个样子。 那些肉眼看不见的生命奇迹都在电子显微镜的镜头下生动展现。我们想象一下，当你把一个物体放大几万倍甚至几百万倍，你会看到怎样的奇迹。电子显微镜就能做到这一点， 他的成像能力远超光学显微镜，可以将我们肉眼看到的东西放大到二百万倍以上。这是一场真正的视觉盛宴， 让你我得以领略到微观世界的壮丽景色。电子显微镜的魔力源于其独特的成像原理。不同于光学显微镜的可见光成像，电子显微镜利用电子代替光子进行成像。由于电子的波长比光子更短，因此电子显微镜的分辨率更高，可以达到纳米级。 这就意味着我们可以观察到细胞、病毒、纳米材料等微观对象的细节，深入探索他们的结构和功能。 电子显微镜的工作原理颇具科技感，首先，电子源释放出大量的自由电子，然后这些电子被加速到接近光速。 在加速过程中，电子的波长被压缩，从而提高了分电率。接下来，透镜系统将电子聚焦成强大的数流并照射在样本上。当电子与样本相互作用时，会产生各种信号，如散射、演射、能量损失 等。这些信号被收集并转换成图像，最终呈现在我们眼前。透射电子显微镜是研究纳米科技的重要工具。在开发新型材料、纳米器件以及生命科学等领域，透射电子显微镜都发挥着不可或缺的作用。 在生命科学领域，透射电子显微镜用于研究细胞的结构和功能，结识生命的奥秘。让我们回到蝴蝶翅膀的例子，通过电子显微镜的观察，我们可以看到翅膀上鳞片的精细结构和纹理，这些细节是光学显微镜无法捕捉到的。同样的，电子显微镜也可以用于观察病毒、 细菌和其他微生物的结构，比如埃博拉病毒和其他病毒在电子显微镜下无所遁形，为我们对抗病毒提供了宝贵的线索。在这个科技日新月异的时代，电子显微镜将继续发挥着不可或缺的作用。随着技术 的不断进步，电子显微镜的分辨率和成像质量将进一步提升。未来，我们或许能够观察到更微小的生命奇迹和更精细的物质结构。在探索未知世界的道路上，电子显微镜将继续引领我们前行，揭示更多关于自然界的奥秘。