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出版者:

作者:Faigel, Douglas O., M.D./ Cave, David R., M.D., Ph.D.

出品人:

页数:256

译者:

出版时间:2007-11

价格:1922.00 元

装帧:

isbn号码:9781416034025

丛书系列:

图书标签:

• 小肠
• 胶囊内镜
• 消化内科
• 内窥镜
• 诊断
• 影像学
• 医疗器械
• 临床医学
• 微创
• 肠道疾病

电子显微镜下的微观世界：从原子到生命起源的探索 本书聚焦于电子显微镜技术在揭示物质世界最深层结构中的革命性作用，深入探讨了从基本粒子到复杂生物系统的多尺度成像与分析，旨在为材料科学、凝聚态物理、生命科学以及纳米技术领域的专业人士和研究人员提供一个全面、深入的视角。 第一部分：电子显微学的基石与演进 第一章：光与电子的较量——显微成像原理的飞跃 本章详述了光学显微镜的衍射极限如何成为探索亚微米尺度结构的瓶颈。随后，我们将重点剖析电子作为“探针”的优势——其极短的德布罗意波长如何突破光学限制，实现原子级别的分辨率。详细解析了电子枪（如钨灯丝、场发射枪-FEG）的物理机制及其对成像质量的决定性影响。电子束的产生、聚焦与偏转系统（电磁透镜的工作原理）被置于核心，解释了如何精确控制电子束与样品的相互作用。此外，对电子光学系统的像差理论（球差、色差）及其在现代高分辨率显微镜（HRTEM）中校正技术的突破进行了深入阐述，这是实现分辨原子晶格的关键所在。 第二章：透射电镜（TEM）的结构与工作模式 透射电子显微镜（TEM）是理解晶体结构和薄膜材料形貌的基石。本章首先分解了TEM的标准结构，包括真空系统、照明系统、物镜、中间镜和投影镜的协作流程。重点讨论了两种核心成像模式：明场（Bright-Field, BF）和暗场（Dark-Field, DF）成像，及其在识别晶体缺陷（如位错、堆垛层错）中的应用。随后，深入探讨了衍射模式的物理意义，包括选区电子衍射（SAED）图的解读，如何用于确定晶体结构、取向和晶格常数。对于高分辨TEM（HRTEM），则着重分析了衬度理论，阐释了晶格像的形成机制，以及如何通过像模拟来确认原子排列。 第三章：扫描电镜（SEM）与表面形貌的革命 与TEM不同，扫描电子显微镜（SEM）主要关注样品表面信息的采集。本章详细介绍了SEM的工作原理，特别是二次电子（Secondary Electron, SE）和背散射电子（Backscattered Electron, BSE）的产生机制、收集效率及其各自提供的成像对比度信息（SE提供形貌信息，BSE提供原子序数信息）。本章还涵盖了扫描成像的电子束与样品相互作用体积（Interaction Volume）的概念，解释了这种体积如何影响空间分辨率和深度信息。此外，对低真空和环境SEM（ESEM）技术的进步进行了介绍，这些技术极大地拓宽了对非导电或含水样品的研究范围。 第二部分：先进成像技术与定量分析 第四章：能量色散X射线谱学（EDS/EDX）的元素探针 电子束与物质相互作用产生的特征X射线是进行元素定性和定量的宝贵信息源。本章详细阐述了能量色散X射线谱学（EDS或EDX）的原理，包括本征X射线的产生、吸收效应以及谱图的特征峰识别。重点分析了EDS在TEM和SEM中作为微区分析工具的应用，如何实现对纳米颗粒、界面或特定缺陷处的快速元素分析。本章还探讨了定量分析的挑战，如ZAF修正算法的原理，以及如何通过建立标准曲线来提高分析的准确性。 第五章：电子能量损失谱（EELS）的电子态解析 电子能量损失谱（EELS）是探究物质电子结构和化学态的强大技术。本章解释了电子束在穿过薄样品时，由于与样品内部电子发生非弹性散射而损失能量的机制。详细区分了内层电子激发（Core-Loss）和低损失区域（Low-Loss）信息。Core-Loss谱线提供了元素种类、氧化态和配位环境的关键信息，通过分析吸收边（Absorption Edge）的形状和能量位移，可以深入了解化学键合和电子轨道填充情况。低损失区域则用于测量等离子体振荡和有效电荷密度，是研究导电性和光学性质的重要手段。 第六章：聚焦离子束（FIB）的样品制备艺术 高质量的电镜样品是获得原子分辨率图像的前提。本章聚焦于聚焦离子束（FIB）技术，特别是镓离子束（Ga-ion）在制备TEM薄片中的应用。详细描述了“透射电镜样品制备”的完整流程，包括“站点定位”、“粗加工”、“精加工”和“最终抛光”的步骤。讨论了FIB可能引入的损伤（如离子注入、非晶化层），以及如何通过低能离子束或电化学抛光等辅助技术来减轻这些伪影，确保样品结构的真实性。 第三部分：电子显微镜在尖端科学中的应用 第七章：材料科学中的晶体结构解析 本部分将深入探讨电子显微镜在现代材料科学研究中的不可替代性。在催化剂研究中，TEM用于直接观察活性纳米颗粒的尺寸分布、晶面暴露情况以及载体之间的界面结构。在半导体和光电器件领域，HRTEM和STEM（扫描透射电镜）用于精确测量异质结的层间距、界面缺陷密度以及应变分布，这直接关系到器件的性能。对于新型储能材料（如锂离子电池电极材料），SEM/EDS被用来追踪充放电循环中发生的结构演变、相变和电解质的固态界膜（SEI）的形成。 第八章：纳米科学与原子尺度成像的挑战 纳米技术的核心是对“物料”进行原子级别的精准控制。本章着重介绍STEM（特别是高角度环形暗场成像HAADF-STEM）在高对比度成像方面的优势，其衬度主要依赖于原子序数（Z-contrast），适用于区分不同种类的原子。讨论了如何利用环形探测器阵列（Annular Detectors）结合像重建算法（如Ptychography或Aberration Correction），实现对单个原子位置的确定和化学特性的分离。这包括对二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的晶格缺陷、边缘结构和吸附位点的直接观测。 第九章：生物与软物质系统的冷冻电镜革命（Cryo-EM） 虽然本书的核心在于物理和材料领域，但电子显微镜技术在生命科学中取得了里程碑式的进展，特别是冷冻电子显微镜（Cryo-EM）。本章将概述低温技术在保持生物大分子原生状态下的重要性。详细介绍单颗粒分析（Single Particle Analysis, SPA）的工作流程，包括样品制备（闪冻）、数据采集和三维重构算法（如迭代随机圆相位法）。重点展示Cryo-EM如何用于解析复杂蛋白质复合物、病毒颗粒和细胞器的三维原子结构，揭示分子机器的工作机制。 结语：展望未来——实时成像与人工智能的融合 本书最后展望了电子显微镜技术的未来发展方向，包括更高通量的实时（In Situ/In Operando）成像技术，允许观察原子在受控环境（如加热、电场、化学反应）下的动态行为。同时，探讨了深度学习和人工智能在图像降噪、缺陷识别和数据处理中的集成应用，预示着电子显微镜将从依赖操作者经验的艺术，进一步迈向高度自动化和信息化的定量科学。

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