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顯微鏡技術的開發創新，加速了納米時代的進程 劉玄慶 張康定 編寫 摘要： 本文簡述了國內外有關顯微鏡多年來的發展和近代先進的掃描探針顯微技術（SPM），包括掃描隧道顯微鏡（STM）及原子力顯微鏡（AFM）的技術理論及重點應用的介紹。 關鍵詞：顯微分辨率；庫侖堵塞效應；量子隧道效應；針尖技術；納米技術 Abstract:In this article we describe the development at many years age about the microcope in world and modern times advanced technic theory and emphasis application of Scanning Probe Microscopy(SPM),which include the Scanning tunneling microscope(STM)and Atomic Force Microscope(AFM) and so on. 一． 在“納米世紀”一書中將人類文明進程劃分為： （一）模糊時代：指工業革命之前的時代 （二）毫米時代：指工業革命到20世紀初 （三）人類跨入微米時代：指20世紀的兩次科學技術革命 *次：20世紀40年代開始的原子——電子技術革命； 第二次：20世紀70年代以來發生的信息革命。 （四）迎接納米時代：指21世紀將會以納米技術為代表的新興科學技術給人類帶來第三次工業革命。 納米技術正不斷滲透到現代科學技術，如物理學、化學、電子學、材料學、生物學、醫學、機械學等等領域。必將迅速地改變物質產品的生產方式，提高產品的質量，擴寬它們的應用範圍，從而導致人類社會發展巨大變化。 應指出的是：在納米時代到來和納米時代中，納米電子學技術都將會起到zui關鍵的作用。例如20世紀80年代的1982年，IBM公司的賓尼（Gerd Binning）和羅雷爾（Heinrich Rohrer）成功研製出世界上*台新型的掃描隧道顯微鏡（Scanning Tunneling Microscope,簡稱STM），使人類*次能夠直觀到物質表麵的單個原子及其排列狀態，並能夠研究相關的物理、化學、生物等的性能，作用極大，應用非常廣闊，涉及各行各業。為人類進入納米世紀，加快進程，做出了巨大的貢獻。STM的發明被國際科學界公認為20世紀80年代世界十大科技成就之一，並由於這一傑出貢獻賓尼（ Binning）和羅雷爾（Rohrer）獲得了1986年諾貝爾物理獎。 二． 從光學顯微鏡到電子顯微鏡的發展 觀察微小物體的曆史，是從放大鏡開始的，然後進入顯微鏡時代。當光學顯微鏡達到了分辨本領的極限時，為了達到滿足人們觀察微觀世界的渴望時，促成了電子顯微鏡的發明。 （一）。光學顯微鏡 光學顯微鏡的構思是：直接觀察物體放大後的像，以代替用放大鏡觀察物體本身。因此需要有兩塊透鏡組合起來。 *塊透鏡，產生物體的放大像，稱為物像；第二塊透鏡，采用與*塊同類型的放大鏡，去看*塊透鏡放大後的像，稱為目鏡。 光學顯微鏡的進步，正在於這二塊透鏡的組合。由於映入人眼的物體像是這二塊透鏡放大率之積，因而大幅度提高了放大能力。但如果想提高放大率，就需要增加透鏡的數目，那麽，將會遇到放大後像的畸變、彎曲、…….等稱為像差問題。完全消除像差辦不到，但依靠近代的技術水平有可能使像差保持到很小的值。例如，現代較好的光學顯微鏡可達到1000—1500倍。但這個放大率已是光學顯微鏡放大本領的極限。這個結論是埃貝、海侖霍爾茨等人在十九世紀中葉通過研究而獲得的。埃貝等從理論證明：光學顯微鏡分辨本領界限的因素是——光線的波長，因為光學顯微鏡是利用光線來看物體的，為了要看到物體，物體的尺寸必須大於光的波長，這就是光學顯微鏡所以會有極限的原因，也稱為光的衍射效應的影響，是無法克服的極限，這個極限在200毫微米左右。說明： 首先：人眼分辨本領大致為0.1毫米，即指兩點如分開0.1毫米左右，一般可清晰分辨。 有效放大率=人眼分辨本領值/顯微鏡分辨本領值 如果設顯微鏡分辨本領值為200毫微米（200×10-9） 則有效放大率=0.1×10-3米/200×10-3×10-6米=500倍 通常把前麵定義的有效放大率再提高一至二倍，可使操作更清晰。如放大1000—1500倍，則分辨本領為0.1毫米的肉眼，觀察0.2—0.3毫米相距的微米粒子徑像會毫不吃力了。
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