正值暑假，江蘇蘇州大學(xué)分析檢測中心一樓的一處空間仍在熱火朝天地施工。“這里將建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室。”中心主任姚志剛攤開設(shè)計(jì)圖紙，近70平方米的空間計(jì)劃設(shè)計(jì)成一個可屏蔽磁場干擾的“黑盒子”，并朝下挖掘1.2米形成防振動的獨(dú)立地基。這里將迎來一個重要裝置：國產(chǎn)首臺商用200千伏場發(fā)射透射電子顯微鏡。
透射電子顯微鏡是一種高分辨率的微觀分析儀器。這臺顯微鏡的點(diǎn)分辨率達(dá)0.25納米，晶格分辨率達(dá)0.14納米，可看清亞納米材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，達(dá)到全球先進(jìn)水平。雖然實(shí)驗(yàn)室還在搭建，但檢測實(shí)驗(yàn)已排到3年后，包括納米材料、半導(dǎo)體工業(yè)、生命科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的微觀結(jié)構(gòu)研究，日程表滿滿當(dāng)當(dāng)。
這臺顯微鏡，何以超“高清”？
這要從光學(xué)顯微鏡的成像原理說起：光學(xué)顯微鏡的光源為可見光，而電子顯微鏡的光源為電子束。當(dāng)顯微鏡中的電子束在經(jīng)高壓加速后穿透樣品時，會攜帶樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息。“這些信息經(jīng)過放大系統(tǒng)成像后，可以放大百萬倍，從而幫助使用者觀察亞納米級圖像。”儀器生產(chǎn)廠家、蘇州博眾儀器科技有限公司總經(jīng)理唐愛權(quán)說。
“高清”的秘密在于兩個關(guān)鍵因素：波長和像差。“波長越短，分辨率越高。”博眾儀器技術(shù)總監(jiān)梁晶表示，當(dāng)高壓加速電子束時，會產(chǎn)生很高的能量，讓波長大幅變短。這項(xiàng)技術(shù)已很成熟，并不是難題。和光學(xué)顯微鏡中可見光數(shù)百納米的波長相比，200千伏電壓下電子束的波長僅有2.5皮米（1納米等于1000皮米）。
真正的考驗(yàn)是解決像差。像差是看到圖像與實(shí)際圖像間的誤差。讓誤差變小，不僅要保障電磁透鏡的結(jié)構(gòu)滿足諸多要求，還要實(shí)現(xiàn)加速電子束的高壓持續(xù)穩(wěn)定。這些都是技術(shù)攻關(guān)的難點(diǎn)。
“高端透射電鏡產(chǎn)業(yè)長期被國外儀器公司壟斷，核心零部件受到國外技術(shù)封鎖，我們歷時5年攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)自主可控、國產(chǎn)替代。”唐愛權(quán)說，在精密加工方面，聯(lián)動上下游企業(yè)，進(jìn)行鐵磁材料等原材料的好中選優(yōu)及熱處理等工藝的提質(zhì)升級，同時自研夾具和制具，實(shí)現(xiàn)加工設(shè)備與檢測設(shè)備的集成創(chuàng)新，保障數(shù)千個零部件全部符合精度要求；在高壓穩(wěn)定方面，通過對電路設(shè)計(jì)的20多次改版，以及上百次的優(yōu)化迭代，實(shí)現(xiàn)了200千伏電壓的穩(wěn)定輸出。
透射電子顯微鏡廣泛應(yīng)用于納米級的研究與觀測，是材料科學(xué)、生命科學(xué)和半導(dǎo)體等研究領(lǐng)域必需的支撐性研究設(shè)備。“我們計(jì)劃先進(jìn)行一年左右的性能驗(yàn)明工作，再開展科學(xué)研究。”姚志剛介紹，為支持國產(chǎn)“首臺套”，該設(shè)備安裝完畢后將對校內(nèi)外科研團(tuán)隊(duì)免費(fèi)開放使用，這樣既能驗(yàn)證性能，又支持了科研發(fā)展，還推廣了高端分析儀器的市場應(yīng)用，一舉多得。
《 人民日報(bào) 》（ 2025年07月19日 06 版）