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第一章绪论
本章主要介绍显微镜发展过程及研究意义，及本文主要工作。
显微镜发展过程及研究意义
本章主要介绍了显微镜的历史发展过程及研究意义。
显微镜的历史发展
显微镜是人类这个时期最伟大的发明物之一。在它发明出来之前，人类 关于周围世界的观念局限在用肉眼，或者靠手持透镜帮助肉眼所看到的东 西。显微镜把一个全新的世界展现在人类的视野里。人们第一次看到了数 以百计的“新的”微小动物和植物，以及从人体到植物纤维等各种东西的 内部构造。
最早的显微镜是16世纪末期在荷兰制造出来的。发明者可能是一个叫 做札恰里亚斯・詹森的荷兰眼镜商，或者另一位荷兰科学家汉斯 -利柏希，
他们用两片透镜制作了简易的显微镜，但并没有用这些仪器做过任何重要 的观察。
后来有两个人开始在科学上使用显微镜。第一个是意大利科学家伽利 略。他通过显微镜观察到一种昆虫后，第一次对它的复眼进行了描述。第 二个是荷兰亚麻织品商人安东尼・凡・列文虎克（ 1632年-1723年），他自
己学会了磨制透镜。他第一次描述了许多肉眼所看不见的微小植物和动物。
1931年，恩斯特・鲁斯卡通过研制电子显微镜，使生物学发生了一场革命。 这使得科学家能观察到像百万分之一毫米那样小的物体。 1986年他被授予诺贝
尔奖。
扫描探针显微镜（SPM）经过近30年的发展，已经应用到科学研究的各个方 面。为适应不同研究的需要，扫描探针显微镜本身的发展也非常迅速 。如
其中原子力显微镜（A F M）从发明初期的单一的接触工作模式发展到包 括 可以测量粘弹性的相位模式在内的多种工作模式 ，同时通用型方面也
高度发展，已经形成了一个庞大的高度自动化的 扫描探针显微镜的家族。
在这个家族中，严格环境控制的扫描探针显微镜的出现， 很好的解决了各
种条件下对样品的 原位观察，环控化扫描探针显微镜的发展已经引起了人
们的足够重视，必将成为扫描探针显微镜发展的一个重要方向。 新近出现
的各种显微镜集成的扫描探针显微镜系列是这个家族中的新成员， 这个成
员可以同时完成大范围、高分辨和 精确定位等各种研究， 必将在半导体
制造厂的异物检查、金属和绝缘体等表面测定以及生物大分子研究等领域 发挥重要作用。扫描探针显微镜的发明和发展促进了一门新兴的高科 技
——纳米科学技术的诞生， 宣告一个科技新纪元， 纳 米科技 时代已经来
临。
显微镜研究的意义
多少年来，人们为提高显微镜的分辨能力和成像衬度付出了艰辛的劳动，随 着计算机技术和工具的不断进步，光学设计的理论和方法也在不断改进，加上原 材料性能的提高，工艺和检测手段的不断完善，观察方法的创新，使光学显微镜 的成像质量已经接近衍射极限的完善程度，人们将用标本染色、暗场、相衬、荧 光、干涉、偏光等观察技术，使得光学显微镜已能适应形形色色标本的研究，虽 然近年来电子显微镜，超声显微镜等放大成像仪器先后问世， 在某些方面具有优 势的性能，但在廉价、方便、直观、特别是适合生物活体的研究等方面仍无法与 光学显微镜匹敌，光学显微镜仍然牢固地占据着自己的阵地。 另一方面，与激光、 计算机、新材料技术、信息技术相结合，古老的光学显微镜正焕发青春，显示了 旺盛的生命力，数码显微镜、激光共焦扫描显微镜、近场扫描显微镜、双光子显 微镜及具有各种新的功能或能适应各种新的环境条件的仪器层出不穷， 更加扩大
了光学显微镜的应用领域，作为最新的例子。从火星探测车上传回的岩层显微图 片是多么令人振奋！我们完全可以相信，光学显微镜将会以更新的姿态，造福人 类。
由于近场光学显微镜能克服传统光学显微镜低分辨率以及扫描电子显微镜 和扫描隧道显微镜对生物样品产生损伤等缺点，因此得到了越来越广泛的应用， 特别是在生物医学以及纳米材料和微电子学等领域。 高分辨率光学成像由于近
场光学显微镜对所观察的生物样品无损伤等优点，因此被广泛应用于生物样品的 观察，成为探索生物大分子活动奥秘的光学手段， 给生物学家们带来强有力的实 验武器。利用近场光学显微镜，已在生物学研究所涉及的许多领域展开了工作， 不仅有静态的形貌像的观察研究，如细胞的有丝分裂，染色体的分辨与局域荧光， 原位DNA, RNA的测序，基因识别等，还有利用观察形貌像随时间变化的动力学 过程的研究。
自从1933年德国Ruska和Knoll等人在柏林制成第一台电子显微镜后， 几十
年来，有许多用于表面结构分析的现代仪器先后问世。 如透射电子显微镜（TEM、
扫描电子显微镜（SEM、场电子显微镜（FEM）、场离子显微镜（FIM）、低能 电子衍射（LEED、俄歇谱仪（AES、光电子能谱（ESCA、电子探针等。这 些技术在表面科学各领域的研究中起着重要的作用。扫描电镜是一种多功能的仪 器、具有很多优越的