显微传：清晰的纳米世界 epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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编辑推荐

　　一本值得你珍藏的科学书

　　应有尽有——讲的是显微镜发明的历史故事，光学显微镜、电子显微镜、扫描隧道显微镜；

　　群星灿烂——为的是给显微大师们树碑立传，列文虎克、鲁斯卡、宾尼希；

　　超乎想象——呈现出微观大门如何开启，微生物、纳米物质、原子小人；

　　叹为观止——告诉你不世之功谁主沉浮，神秘病毒、奇异准晶、纳米碳管；

　　赏心悦目——名家专著，大师推荐，精美设计，清华大学出版社隆重推出。

内容简介

　　细胞、病毒、分子、原子都是代表着特别微小的事物，对它们，我们似乎已经习以为常了，仿佛它们很自然地就被我们所熟知，其实并不是这样。人类从仅凭肉眼分辨细物，到使用玻璃制作镜片改善视力，再到发明各种光学显微镜发现各种微生物，用了近千年时间。而使用电子显微镜看到原子和病毒也就是不到一百年的时间。而这些正是奠定了现代自然科学中绝大部分发明发现的基石。这样跨越千年的故事首先是从认识光的传播开始，然后发现了光的反射与折射和影像的放大，；再从光的波动研究，打破经典显微分辨率极限，也催生了电子显微镜。伴随着显微镜发展的是各个时期物理大师们的奋斗经历与传奇，体现了人类对不可知的微观乃至原子世界的不懈探索精神，展现人类在眼见为实的信条下对显微术高端目标的不懈追求。

作者简介

　　章效锋，1986年毕业于中国科学技术大学物理系。1986年起在中科院沈阳金属研究所和北京电子显微镜实验室师从郭可信先生学习电子显微学并进行高温超导材料的结构研究，1989年在金属研究所获硕士学位。1990年赴德国Jülich研究中心工作，1992年转赴比利时Antwerp大学物理系师从Gustaaf Van Tendeloo教授，1994年获博士学位。1995年至1998年先后在美国三个国家实验室工作，之后8年任职美国伯克利国家实验室研究员。从事的研究工作包括超导材料、高温结构材料、纳米材料、以及复合材料的电子显微学结构研究。自2006年起受聘担任一家高新技术公司电子显微镜资深产品研发经理及全球透射电镜产品经理。共发表学术论文过百篇，编著英文学术专著三部，中文专著两本。

内页插图

目录

第1章 往事越千年——人类视觉的延伸

1.1古人眼里的光

1.2受欢迎的眼镜

1.3本章结语

第2章 风景这边独好——突破微米极限的光学显微镜

2.1光学显微镜的发明

2.2惊见微观世界

2.3显微镜光学

2.4渐入佳镜的光学显微镜

2.5 20世纪显微镜的发展

2.6超高分辨荧光显微术

2.7光学显微镜结语

第3章 不到长城非好汉——突破纳米极限的电子显微镜

3.1呼之欲出

3.2电子显微镜诞生

3.3发明权之争

3.4电镜早期发展之路

3.5电子显微学派的兴起

3.6本章结语

第4章 今朝更好看——百花齐放的商业电镜时代

4.1商业电镜之路

4.2日本电镜事业的崛起

4.3本章结语

第5章 敢教日月换新天——透射电子显微镜的设计及工作原理

5.1透射电子显微镜的基本工作原理和组成部分

5.2电镜中的像差

5.3全方位追求

5.4原位和环境电镜

5.5本章结语

第6章 俏也不争春——扫描电镜小兄弟

6.1向诺尔致敬

6.2阿登纳栽树

6.3 RCA的苦果

6.4花开在剑桥

6.5本章结语

第7章 欲与天公试比高——高分辨电子显微术的发展之路

7.1原子分辨率的半世纪追求

7.2超高分辨率途径之一：像差校正器

7.3超高分辨率途径之二：扫描透射电镜与Z衬度像

7.4超高分辨率途径之三：系列变焦重构像

7.5超高分辨率途径之四：电子全息术

7.6本章结语

第8章 今日长缨在手——屡立奇功的电子显微镜

8.1看不见的病毒

8.2猜出来的位错

8.3不寻常的准晶

8.4没想到的碳管

8.5电子显微镜结语

第9章 无限风光在险峰——可移动原子的扫描隧道显微镜

9.1费曼的梦想

9.2神奇的隧道

9.3迫近的脚步

9.4攀登的足迹

9.5工作原理

9.6变种的威力

9.7针尖上的实验室

9.8谁动了原子

9.9扫描探针显微镜结语

结语：眼见为实和显微术的终极目标

后记

致谢

参考文献

作者简介

译名索引

编后记

精彩书摘

　　第1章 往事越千年——人类视觉的延伸

　　眼见为实，这是人类最初用肉眼观察周围世界的根本原则。但对于更细小的事物，眼睛根本看不到，只能凭借想象，甚至很多是连想象都想象不出来的。而对光的实验和认识彻底改变了人类认识世界的方式。3500年前。中国的墨子最早做了一个光学实验，颇类似于现今针孔成像，并由此得出“光之入照若射”的结论。阿拉伯学者哈桑狱中10年撰写的光学著作启蒙了欧洲，到了公元13—17世纪，人类完全破解了光的折射现象及其与透镜放大成像间的奥秘，在意大利的佛罗伦萨，为近视眼而发明的眼镜诞生了，后来还传入的中国并全世界。眼镜给我们的启发是，人类可以通过智慧的发明克服生理上的一些缺陷，弥补自身的不足。正因为此，眼镜在21世纪初被一些学者评为人类两千年来11项“超级”发明之首，比排第2、第3及第11位的原子弹、印刷术和电脑更为重要。眼镜虽可矫正视力，但并不能使人类看到超乎人眼分辨能力的小物体。所以尽管眼镜的使用是人类利用光学知识制造工具辅助视力的第一步，但真正将人类的视野伸展到无限风光的微观世界的，却是眼镜之后的显微镜的发明。

　　显微镜现在是无人不知，无人不晓，但它究竟是谁出于什么目的发明出来的？荷兰的一个个体户凭什么当上了大英帝国的皇家学会会员？一个德国小作坊凭借着什么变成了家喻户晓？让我们走进第2章，去追寻重重谜底。

　　第2章 风景这边独好——突破微米极限的光学显微镜

　　在眼镜发明之后，人类又用了约300年的时间于16世纪末发明了光学显微镜。至19世纪末，光学显微镜的分辨率被推至极限的0.2微米，实现了真正意义上的明察秋毫。丰富多彩的微观世界的大门被打开了。风景这边独好。显微镜发明第一人的荣誉是给予了荷兰眼镜制造商詹森，但真正使显微镜名垂青史的却是另一位荷兰人列文虎克。作为个体户的他采用独家秘法自制过数百个只有钥匙大小的显微镜，但分辨率却奇高。用它们观察周围事物，真是一花一世界，滴水纳乾坤。英国皇家学会派人亲赴荷兰来个眼见为实，列文虎克就此被公认为发现微观世界第一人。这个时期，很多大科学家都用显微镜做出了出色的发现，英国皇家学会成员胡克对光学的研究连牛顿都深表佩服。胡克最著名的工作之一是他对软木的微观结构的研究和他绘制的纤毫毕现的跳蚤图像。但是光学显微镜制造虽然日臻完美，却存在一个无法逾越的分辨率极限。阿贝发现这个分辨率是无法突破的物理极限，但两百年来，一直有人在想方设法绕过这个物理极限。2014年的诺贝尔化学奖授予打破物理极限的超分辨率荧光显微镜的发明。中国人对诺贝尔奖敏感，一夜之间还出了瑜亮情节的微词。要想取得远远更高于光学显微镜的分辨能力，肯定需要一种全新的仪器。电子显微镜应运而生，正好接下光学显微镜的火炬，从观察微观世界向探索更加神秘的原子世界进一步迈进。

　　那么电子和显微镜到底有什么关系？是什么机缘巧合又是多少大师的风云际会才孕育出电子显微镜？电子显微镜为什么竟然能使人亲眼看见原子？这么神奇的电子显微镜为什么问世超过半个世纪才获诺贝尔奖？种种疑问都将在第3章逐一揭晓。

　　第3章 不到长城非好汉——突破纳米极限的电子显微镜

　　时间进入20世纪20年代。在1923至1928年间，相继问世了多项重量级的科学发现包括X射线、电子的波粒二相性理论、薛定谔方程、电磁场对电子束的透镜聚焦效应，以及电子衍射效应，奏响了人类发明电子显微镜的序曲。电子显微镜的发明工作就在这样的一个新物理思想火花四溅、新实验技术层出不穷的时代悄然开始了。受1929年第一台改制仪器基本成功的鼓舞，德国柏林高工的诺尔和鲁斯卡二人再接再厉，于1931年成功制造出了历史上第一台真正意义上的电子显微仪器。但是电镜的专利权却意外旁落，后来甚至还引发了电镜发明优先权的争夺大战。要不是鲁斯卡长寿的话，电子显微镜最终是无法获得诺贝尔奖的。诺尔离开柏林高工后，形单影只的鲁斯卡靠父母给与的经济援助独力完成了第二版电镜的设计与制造，为现代电镜的发展铺平了道路。1937年西门子公司斥巨资为鲁斯卡建立了电子光学实验室，用来发展‘西门子超级显微镜’，西门子公司系列电镜1939年成功亮相。随着电镜在材料研究应用方面的普及，涌现出诸多电子显微学研究重地及学派如德国、英国和澳大利亚学派等。“二战”后电镜应用的广泛开展得利于电镜商品化的推动，而电镜的商品化也在电镜的实际应用过程中经受着市场的考验，这其中的故事可以归纳为：几家欢乐几家愁。

　　是什么原因竟然导致老牌的电镜厂商和美国的公司黯然退出电镜市场？大浪淘沙之下哪些公司能够至今屹立不摇？日本的电镜事业凭借什么迅速崛起雄霸市场半壁江山，一度横扫电镜市场？艰难环境中成长的中国电子显微学会在加入国际大家庭时遭遇了什么样的难题？读完接下来的第4章便可见分晓。

　　第4章 今朝更好看——百花齐放的商业电镜时代

　　在电镜的商业化初始过程中，有两家公司功劳很大。一家为德国西门子公司，而另一家则为美国无线电公司（RCA）。飞利浦公司的商业电镜之路是从1939年与荷兰代尔夫特高工合作开始的，与飞利浦电镜并立于世的是日本公司，第一款商业电镜于1942年推出，并于1949年商业化。在电镜发明及进步迅猛的20世纪30和40年代，中国正经历着战乱，错过了这场世纪科技盛会，1960年代开始发愤图强，自制透射电镜。为了赶着国庆节献礼，中国的科研人员组成的研制组以72天惊人的速度，在8月19日凌晨2：45得到第一张电子显微像。日本在电镜领域的崛起始自1939年，研发工作是由一个特殊的组织领导的。菅英治在1940年展示了他的电镜外观照片后，两个月后美国就报道了“日本有了电子显微镜”。在“二战”后期的炮火纷飞中，日本公司的研究人员竟然顶着钢盔堆着沙袋坚持电镜研发。最后大浪淘沙优胜劣汰的结果是，日本公司包揽了商业电镜本土的全部市场以及至少一半的国际市场。

　　电镜的研发和商业化道路如此千折百回、波澜壮阔，有其发展的理论和技术制约的。看似简单的电子发射枪、电磁透镜、物镜，是否一拼凑就可以做成精密的仪器呢？电子显微镜到底是个什么构造？它与光学显微镜到底有什么不同？电镜设备最大的局限是什么又是如何克服的呢？请看第5章。

　　第5章 敢教日月换新天——透射电子显微镜的设计及工作原理

　　电子显微镜的工作原理与我们常见的幻灯机原理大体相同，只是将幻灯机光源换成电子源。在二者的光路图中，照明源发出的光线或电子束由聚光镜调节后，成平行射线入射幻灯片或样品后射出，经由物镜后投影成像。当然，一台真正的电子显微镜要比幻灯机复杂多了，外观也大不一样。单以尺寸而言电子显微镜与第2章中介绍的光学显微镜相比堪称是巨人级仪器。电镜的主体部分是一个立式全封闭镜筒，电子束从位于镜筒内顶部的电子枪发出，沿镜筒向下传播，穿透样品后，使样品成像于镜筒下方的荧光屏。操纵者坐于电镜台前，可由镜筒下方的玻璃窗口观看成像，然后可将成像记录于荧光屏下面的照相底片上。电子束穿透样品而成像，正是透射电子显微镜名称的由来。经过先后几代人的不懈努力，至1960年左右无论在设计上、理论上、应用上、还是多功能开发上都已大体完成，在小小的电镜样品室里甚至还可以进行实时、活体、原子分辨率观察。所有的框架已经立好，以后的发展基本上都是在这个框架里面进行的。不过伴随着透射电镜早期的发展，时而也会迸出些异类的思想火花。其中大家已经十分熟悉的透射电镜发明人及先驱诺尔和阿登纳就曾有意无意地开辟了另一条战线，在如透射电镜般历经了曲折的30年左右的时间后，也终于孵化出了今天遍布全球的另一类电子显微镜，扫描电子显微镜。这项成功，应该说还是始于德国但却功在他国。

　　要知诺尔和阿登纳各自的目标做过了哪些铺垫？绝顶聪明如阿登纳者为什么离成功止于一步之遥？是谁毕10年之功孵化扫描电镜产品？又为何有人相信最多10台扫描电镜就能使市场达到饱和？且听下回分解。

　　……

前言/序言

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