從1965年第一臺(tái)商用掃描電子顯微鏡(SEM)問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)過(guò)去了半個(gè)世紀(jì)。相比于正處于“老年”時(shí)代的光學(xué)顯微鏡和“壯年”時(shí)代的透視電鏡，掃描電鏡作為一種較現(xiàn)代的細(xì)胞生物學(xué)研究工具，才剛剛進(jìn)入它的“青少年”時(shí)代。

掃描電鏡嚴(yán)重依賴進(jìn)口 何時(shí)才能不“卡脖子”

有人說(shuō)，掃描電鏡是迄今為止在物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中能給出的信息最多、分辨本領(lǐng)最高的大型分析儀器。正因如此，它在物理學(xué)、材料學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域擁有著廣泛的應(yīng)用，對(duì)于正在發(fā)展戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的中國(guó)來(lái)說(shuō)，更是有著重要意義和實(shí)用價(jià)值。尤其是在材料學(xué)領(lǐng)域，掃描電鏡是非常基礎(chǔ)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(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽所研究員、中國(guó)電子顯微鏡學(xué)會(huì)掃描電鏡專業(yè)委員會(huì)副主任曾毅在近日的一次媒體采訪中指出，目前我國(guó)科研與工業(yè)部門所用的掃描電鏡嚴(yán)重依賴進(jìn)口，國(guó)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(guān)注的同時(shí)，這一事件無(wú)疑給整個(gè)儀器儀表行業(yè)打了一劑強(qiáng)心針。國(guó)內(nèi)科研界由此更加清醒地認(rèn)識(shí)到“是什么卡住了我們核心技術(shù)的脖子”，就是那些受到國(guó)外壟斷、國(guó)內(nèi)亟待攻克的核心技術(shù)。目前，國(guó)產(chǎn)掃描電鏡占據(jù)的市場(chǎng)份額很小，技術(shù)指標(biāo)和主流電鏡也有著一定的差距，故而國(guó)內(nèi)科研界只能選擇進(jìn)口電鏡。一旦國(guó)外再度實(shí)施技術(shù)封鎖，不再對(duì)我國(guó)輸出掃描電鏡，那么國(guó)內(nèi)無(wú)數(shù)科研工作只得停擺。又或者我國(guó)使用的進(jìn)口掃描電鏡并不是最先進(jìn)的，更好的設(shè)備還在別人國(guó)內(nèi)，那么相關(guān)領(lǐng)域的研究和發(fā)展自然也會(huì)受阻。雖然目前還沒(méi)有這樣的苗頭，但是危機(jī)意識(shí)還是要有的。要想不再“卡脖子”，盡快研發(fā)出技術(shù)達(dá)標(biāo)的國(guó)產(chǎn)掃描電鏡才是上策。

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

那么，目前國(guó)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(guān)：高質(zhì)量電子光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)困難、透鏡內(nèi)探測(cè)器設(shè)計(jì)難度較大、低電壓分辨率需要突破。

首先是電子光學(xué)系統(tǒng)，它是掃描電鏡重要的組成部分之一。電子光學(xué)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(guān)系到掃描電鏡的圖像分辨率，電子束匯聚越細(xì)，圖像分辨率就越高?，F(xiàn)代高端掃描電鏡的電子光學(xué)系統(tǒng)，可以將電子束聚焦到1納米左右，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲直徑的六萬(wàn)分之一。要做到這一點(diǎn)，就要求電子光學(xué)系統(tǒng)各個(gè)部分設(shè)計(jì)完美，這也就是國(guó)產(chǎn)掃描電鏡需要去攻克的第一大難關(guān)。

其次是電磁透鏡內(nèi)探測(cè)器。前文提到，高端掃描電鏡之所以能“看得更清楚”，是因?yàn)樗軌騾R聚出很細(xì)很細(xì)的電子束。要達(dá)到這種效果，除了需要先進(jìn)的電子光學(xué)系統(tǒng)，還要設(shè)計(jì)出高效的二次電子探測(cè)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(guó)產(chǎn)掃描電鏡盡量把探測(cè)器往電磁透鏡上方移，提高探測(cè)器收集二次電子的效率。

最后，是低電壓分辨率的問(wèn)題。要知道，傳統(tǒng)掃描電鏡在觀察非導(dǎo)電樣品的時(shí)候，必須在其表面鍍上導(dǎo)電膜層才能觀察。為了減少導(dǎo)電膜層對(duì)樣品真實(shí)形貌的影響，就必須降低電壓，不鍍導(dǎo)電膜層直接觀察。然而低電壓會(huì)導(dǎo)致電子槍亮度降低，色差增大，從而嚴(yán)重降低圖像分辨率。如何在低電壓直接觀察的同時(shí)不降低圖像分辨率，需要國(guó)產(chǎn)掃描電鏡能夠改進(jìn)現(xiàn)有的電子光學(xué)系統(tǒng)。

當(dāng)然，除了以上三大技術(shù)難關(guān)，國(guó)產(chǎn)掃描電鏡還需要成功進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，提升設(shè)備生產(chǎn)效率。同時(shí)，加深國(guó)內(nèi)掃描電鏡用戶對(duì)國(guó)產(chǎn)儀器的認(rèn)識(shí)，促使更多科研用戶選擇和使用國(guó)產(chǎn)掃描電鏡。雖然目前國(guó)產(chǎn)掃描電鏡與進(jìn)口設(shè)備之間還有著一定的差距，市場(chǎng)份額也很小，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，掃描電鏡終有一天會(huì)擺脫“卡脖子”的窘境，為我國(guó)科研事業(yè)和其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)大的支持。