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擦亮“科學之眼”!呼吁國產(chǎn)掃描電鏡盡快攻關

時間:2018-07-06 作者:中國化工儀器 閱讀:3293

從1965年第一臺商用掃描電子顯微鏡(SEM)問世以來,已經(jīng)過去了半個世紀。相比于正處于“老年”時代的光學顯微鏡和“壯年”時代的透視電鏡,掃描電鏡作為一種較現(xiàn)代的細胞生物學研究工具,才剛剛進入它的“青少年”時代。

掃描電鏡嚴重依賴進口 何時才能不“卡脖子”

有人說,掃描電鏡是迄今為止在物質(zhì)結構研究中能給出的信息最多、分辨本領最高的大型分析儀器。正因如此,它在物理學、材料學、生命科學等領域擁有著廣泛的應用,對于正在發(fā)展戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的中國來說,更是有著重要意義和實用價值。尤其是在材料學領域,掃描電鏡是非常基礎的科研儀器,70%到80%的文章都要用到它提供的信息。然而,中國科學院上海硅酸鹽所研究員、中國電子顯微鏡學會掃描電鏡專業(yè)委員會副主任曾毅在近日的一次媒體采訪中指出,目前我國科研與工業(yè)部門所用的掃描電鏡嚴重依賴進口,國產(chǎn)儀器占比很少。

還記得前不久發(fā)生的“中興事件”嗎?在引起輿論高度關注的同時,這一事件無疑給整個儀器儀表行業(yè)打了一劑強心針。國內(nèi)科研界由此更加清醒地認識到“是什么卡住了我們核心技術的脖子”,就是那些受到國外壟斷、國內(nèi)亟待攻克的核心技術。目前,國產(chǎn)掃描電鏡占據(jù)的市場份額很小,技術指標和主流電鏡也有著一定的差距,故而國內(nèi)科研界只能選擇進口電鏡。一旦國外再度實施技術封鎖,不再對我國輸出掃描電鏡,那么國內(nèi)無數(shù)科研工作只得停擺。又或者我國使用的進口掃描電鏡并不是最先進的,更好的設備還在別人國內(nèi),那么相關領域的研究和發(fā)展自然也會受阻。雖然目前還沒有這樣的苗頭,但是危機意識還是要有的。要想不再“卡脖子”,盡快研發(fā)出技術達標的國產(chǎn)掃描電鏡才是上策。

國產(chǎn)掃描電鏡因何“弱視”?業(yè)內(nèi)人士道出三大難關

那么,目前國產(chǎn)掃描電鏡到底因何“弱視”?曾毅在采訪中也道出了需要攻克的三大難關:高質(zhì)量電子光學系統(tǒng)生產(chǎn)困難、透鏡內(nèi)探測器設計難度較大、低電壓分辨率需要突破。

首先是電子光學系統(tǒng),它是掃描電鏡重要的組成部分之一。電子光學系統(tǒng)又由電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室等部件組成。電子槍發(fā)射的電子束關系到掃描電鏡的圖像分辨率,電子束匯聚越細,圖像分辨率就越高?,F(xiàn)代高端掃描電鏡的電子光學系統(tǒng),可以將電子束聚焦到1納米左右,相當于一根頭發(fā)絲直徑的六萬分之一。要做到這一點,就要求電子光學系統(tǒng)各個部分設計完美,這也就是國產(chǎn)掃描電鏡需要去攻克的第一大難關。

其次是電磁透鏡內(nèi)探測器。前文提到,高端掃描電鏡之所以能“看得更清楚”,是因為它能夠匯聚出很細很細的電子束。要達到這種效果,除了需要先進的電子光學系統(tǒng),還要設計出高效的二次電子探測器。掃描電鏡想要提高“視力”,必須縮短電磁透鏡和樣品之間的距離,要求國產(chǎn)掃描電鏡盡量把探測器往電磁透鏡上方移,提高探測器收集二次電子的效率。

最后,是低電壓分辨率的問題。要知道,傳統(tǒng)掃描電鏡在觀察非導電樣品的時候,必須在其表面鍍上導電膜層才能觀察。為了減少導電膜層對樣品真實形貌的影響,就必須降低電壓,不鍍導電膜層直接觀察。然而低電壓會導致電子槍亮度降低,色差增大,從而嚴重降低圖像分辨率。如何在低電壓直接觀察的同時不降低圖像分辨率,需要國產(chǎn)掃描電鏡能夠改進現(xiàn)有的電子光學系統(tǒng)。

當然,除了以上三大技術難關,國產(chǎn)掃描電鏡還需要成功進入產(chǎn)業(yè)化,提升設備生產(chǎn)效率。同時,加深國內(nèi)掃描電鏡用戶對國產(chǎn)儀器的認識,促使更多科研用戶選擇和使用國產(chǎn)掃描電鏡。雖然目前國產(chǎn)掃描電鏡與進口設備之間還有著一定的差距,市場份額也很小,但隨著科學技術的發(fā)展,掃描電鏡終有一天會擺脫“卡脖子”的窘境,為我國科研事業(yè)和其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強大的支持。