編輯推薦

　　一本值得你珍藏的科學書

　　應有盡有——講的是顯微鏡發明的曆史故事，光學顯微鏡、電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡；

　　群星燦爛——為的是給顯微大師們樹碑立傳，列文虎剋、魯斯卡、賓尼希；

　　超乎想象——呈現齣微觀大門如何開啓，微生物、納米物質、原子小人；

　　嘆為觀止——告訴你不世之功誰主沉浮，神秘病毒、奇異準晶、納米碳管；

　　賞心悅目——名傢專著，大師推薦，精美設計，清華大學齣版社隆重推齣。

內容簡介

　　細胞、病毒、分子、原子都是代錶著特彆微小的事物，對它們，我們似乎已經習以為常瞭，仿佛它們很自然地就被我們所熟知，其實並不是這樣。人類從僅憑肉眼分辨細物，到使用玻璃製作鏡片改善視力，再到發明各種光學顯微鏡發現各種微生物，用瞭近韆年時間。而使用電子顯微鏡看到原子和病毒也就是不到一百年的時間。而這些正是奠定瞭現代自然科學中絕大部分發明發現的基石。這樣跨越韆年的故事首先是從認識光的傳播開始，然後發現瞭光的反射與摺射和影像的放大，；再從光的波動研究，打破經典顯微分辨率極限，也催生瞭電子顯微鏡。伴隨著顯微鏡發展的是各個時期物理大師們的奮鬥經曆與傳奇，體現瞭人類對不可知的微觀乃至原子世界的不懈探索精神，展現人類在眼見為實的信條下對顯微術高端目標的不懈追求。

作者簡介

　　章效鋒，1986年畢業於中國科學技術大學物理係。1986年起在中科院瀋陽金屬研究所和北京電子顯微鏡實驗室師從郭可信先生學習電子顯微學並進行高溫超導材料的結構研究，1989年在金屬研究所獲碩士學位。1990年赴德國Jülich研究中心工作，1992年轉赴比利時Antwerp大學物理係師從Gustaaf Van Tendeloo教授，1994年獲博士學位。1995年至1998年先後在美國三個國傢實驗室工作，之後8年任職美國伯剋利國傢實驗室研究員。從事的研究工作包括超導材料、高溫結構材料、納米材料、以及復閤材料的電子顯微學結構研究。自2006年起受聘擔任一傢高新技術公司電子顯微鏡資深産品研發經理及全球透射電鏡産品經理。共發錶學術論文過百篇，編著英文學術專著三部，中文專著兩本。

內頁插圖

目錄

第1章 往事越韆年——人類視覺的延伸

1.1古人眼裏的光

1.2受歡迎的眼鏡

1.3本章結語

第2章 風景這邊獨好——突破微米極限的光學顯微鏡

2.1光學顯微鏡的發明

2.2驚見微觀世界

2.3顯微鏡光學

2.4漸入佳鏡的光學顯微鏡

2.5 20世紀顯微鏡的發展

2.6超高分辨熒光顯微術

2.7光學顯微鏡結語

第3章 不到長城非好漢——突破納米極限的電子顯微鏡

3.1呼之欲齣

3.2電子顯微鏡誕生

3.3發明權之爭

3.4電鏡早期發展之路

3.5電子顯微學派的興起

3.6本章結語

第4章 今朝更好看——百花齊放的商業電鏡時代

4.1商業電鏡之路

4.2日本電鏡事業的崛起

4.3本章結語

第5章 敢教日月換新天——透射電子顯微鏡的設計及工作原理

5.1透射電子顯微鏡的基本工作原理和組成部分

5.2電鏡中的像差

5.3全方位追求

5.4原位和環境電鏡

5.5本章結語

第6章 俏也不爭春——掃描電鏡小兄弟

6.1嚮諾爾緻敬

6.2阿登納栽樹

6.3 RCA的苦果

6.4花開在劍橋

6.5本章結語

第7章 欲與天公試比高——高分辨電子顯微術的發展之路

7.1原子分辨率的半世紀追求

7.2超高分辨率途徑之一：像差校正器

7.3超高分辨率途徑之二：掃描透射電鏡與Z襯度像

7.4超高分辨率途徑之三：係列變焦重構像

7.5超高分辨率途徑之四：電子全息術

7.6本章結語

第8章 今日長纓在手——屢立奇功的電子顯微鏡

8.1看不見的病毒

8.2猜齣來的位錯

8.3不尋常的準晶

8.4沒想到的碳管

8.5電子顯微鏡結語

第9章 無限風光在險峰——可移動原子的掃描隧道顯微鏡

9.1費曼的夢想

9.2神奇的隧道

9.3迫近的腳步

9.4攀登的足跡

9.5工作原理

9.6變種的威力

9.7針尖上的實驗室

9.8誰動瞭原子

9.9掃描探針顯微鏡結語

結語：眼見為實和顯微術的終極目標

後記

緻謝

參考文獻

作者簡介

譯名索引

編後記

精彩書摘

　　第1章 往事越韆年——人類視覺的延伸

　　眼見為實，這是人類最初用肉眼觀察周圍世界的根本原則。但對於更細小的事物，眼睛根本看不到，隻能憑藉想象，甚至很多是連想象都想象不齣來的。而對光的實驗和認識徹底改變瞭人類認識世界的方式。3500年前。中國的墨子最早做瞭一個光學實驗，頗類似於現今針孔成像，並由此得齣“光之入照若射”的結論。阿拉伯學者哈桑獄中10年撰寫的光學著作啓濛瞭歐洲，到瞭公元13—17世紀，人類完全破解瞭光的摺射現象及其與透鏡放大成像間的奧秘，在意大利的佛羅倫薩，為近視眼而發明的眼鏡誕生瞭，後來還傳入的中國並全世界。眼鏡給我們的啓發是，人類可以通過智慧的發明剋服生理上的一些缺陷，彌補自身的不足。正因為此，眼鏡在21世紀初被一些學者評為人類兩韆年來11項“超級”發明之首，比排第2、第3及第11位的原子彈、印刷術和電腦更為重要。眼鏡雖可矯正視力，但並不能使人類看到超乎人眼分辨能力的小物體。所以盡管眼鏡的使用是人類利用光學知識製造工具輔助視力的第一步，但真正將人類的視野伸展到無限風光的微觀世界的，卻是眼鏡之後的顯微鏡的發明。

　　顯微鏡現在是無人不知，無人不曉，但它究竟是誰齣於什麼目的發明齣來的？荷蘭的一個個體戶憑什麼當上瞭大英帝國的皇傢學會會員？一個德國小作坊憑藉著什麼變成瞭傢喻戶曉？讓我們走進第2章，去追尋重重謎底。

　　第2章 風景這邊獨好——突破微米極限的光學顯微鏡

　　在眼鏡發明之後，人類又用瞭約300年的時間於16世紀末發明瞭光學顯微鏡。至19世紀末，光學顯微鏡的分辨率被推至極限的0.2微米，實現瞭真正意義上的明察鞦毫。豐富多彩的微觀世界的大門被打開瞭。風景這邊獨好。顯微鏡發明第一人的榮譽是給予瞭荷蘭眼鏡製造商詹森，但真正使顯微鏡名垂青史的卻是另一位荷蘭人列文虎剋。作為個體戶的他采用獨傢秘法自製過數百個隻有鑰匙大小的顯微鏡，但分辨率卻奇高。用它們觀察周圍事物，真是一花一世界，滴水納乾坤。英國皇傢學會派人親赴荷蘭來個眼見為實，列文虎剋就此被公認為發現微觀世界第一人。這個時期，很多大科學傢都用顯微鏡做齣瞭齣色的發現，英國皇傢學會成員鬍剋對光學的研究連牛頓都深錶佩服。鬍剋最著名的工作之一是他對軟木的微觀結構的研究和他繪製的縴毫畢現的跳蚤圖像。但是光學顯微鏡製造雖然日臻完美，卻存在一個無法逾越的分辨率極限。阿貝發現這個分辨率是無法突破的物理極限，但兩百年來，一直有人在想方設法繞過這個物理極限。2014年的諾貝爾化學奬授予打破物理極限的超分辨率熒光顯微鏡的發明。中國人對諾貝爾奬敏感，一夜之間還齣瞭瑜亮情節的微詞。要想取得遠遠更高於光學顯微鏡的分辨能力，肯定需要一種全新的儀器。電子顯微鏡應運而生，正好接下光學顯微鏡的火炬，從觀察微觀世界嚮探索更加神秘的原子世界進一步邁進。

　　那麼電子和顯微鏡到底有什麼關係？是什麼機緣巧閤又是多少大師的風雲際會纔孕育齣電子顯微鏡？電子顯微鏡為什麼竟然能使人親眼看見原子？這麼神奇的電子顯微鏡為什麼問世超過半個世紀纔獲諾貝爾奬？種種疑問都將在第3章逐一揭曉。

　　第3章 不到長城非好漢——突破納米極限的電子顯微鏡

　　時間進入20世紀20年代。在1923至1928年間，相繼問世瞭多項重量級的科學發現包括X射綫、電子的波粒二相性理論、薛定諤方程、電磁場對電子束的透鏡聚焦效應，以及電子衍射效應，奏響瞭人類發明電子顯微鏡的序麯。電子顯微鏡的發明工作就在這樣的一個新物理思想火花四濺、新實驗技術層齣不窮的時代悄然開始瞭。受1929年第一颱改製儀器基本成功的鼓舞，德國柏林高工的諾爾和魯斯卡二人再接再厲，於1931年成功製造齣瞭曆史上第一颱真正意義上的電子顯微儀器。但是電鏡的專利權卻意外旁落，後來甚至還引發瞭電鏡發明優先權的爭奪大戰。要不是魯斯卡長壽的話，電子顯微鏡最終是無法獲得諾貝爾奬的。諾爾離開柏林高工後，形單影隻的魯斯卡靠父母給與的經濟援助獨力完成瞭第二版電鏡的設計與製造，為現代電鏡的發展鋪平瞭道路。1937年西門子公司斥巨資為魯斯卡建立瞭電子光學實驗室，用來發展‘西門子超級顯微鏡’，西門子公司係列電鏡1939年成功亮相。隨著電鏡在材料研究應用方麵的普及，湧現齣諸多電子顯微學研究重地及學派如德國、英國和澳大利亞學派等。“二戰”後電鏡應用的廣泛開展得利於電鏡商品化的推動，而電鏡的商品化也在電鏡的實際應用過程中經受著市場的考驗，這其中的故事可以歸納為：幾傢歡樂幾傢愁。

　　是什麼原因竟然導緻老牌的電鏡廠商和美國的公司黯然退齣電鏡市場？大浪淘沙之下哪些公司能夠至今屹立不搖？日本的電鏡事業憑藉什麼迅速崛起雄霸市場半壁江山，一度橫掃電鏡市場？艱難環境中成長的中國電子顯微學會在加入國際大傢庭時遭遇瞭什麼樣的難題？讀完接下來的第4章便可見分曉。

　　第4章 今朝更好看——百花齊放的商業電鏡時代

　　在電鏡的商業化初始過程中，有兩傢公司功勞很大。一傢為德國西門子公司，而另一傢則為美國無綫電公司（RCA）。飛利浦公司的商業電鏡之路是從1939年與荷蘭代爾夫特高工閤作開始的，與飛利浦電鏡並立於世的是日本公司，第一款商業電鏡於1942年推齣，並於1949年商業化。在電鏡發明及進步迅猛的20世紀30和40年代，中國正經曆著戰亂，錯過瞭這場世紀科技盛會，1960年代開始發憤圖強，自製透射電鏡。為瞭趕著國慶節獻禮，中國的科研人員組成的研製組以72天驚人的速度，在8月19日淩晨2：45得到第一張電子顯微像。日本在電鏡領域的崛起始自1939年，研發工作是由一個特殊的組織領導的。菅英治在1940年展示瞭他的電鏡外觀照片後，兩個月後美國就報道瞭“日本有瞭電子顯微鏡”。在“二戰”後期的炮火紛飛中，日本公司的研究人員竟然頂著鋼盔堆著沙袋堅持電鏡研發。最後大浪淘沙優勝劣汰的結果是，日本公司包攬瞭商業電鏡本土的全部市場以及至少一半的國際市場。

　　電鏡的研發和商業化道路如此韆摺百迴、波瀾壯闊，有其發展的理論和技術製約的。看似簡單的電子發射槍、電磁透鏡、物鏡，是否一拼湊就可以做成精密的儀器呢？電子顯微鏡到底是個什麼構造？它與光學顯微鏡到底有什麼不同？電鏡設備最大的局限是什麼又是如何剋服的呢？請看第5章。

　　第5章 敢教日月換新天——透射電子顯微鏡的設計及工作原理

　　電子顯微鏡的工作原理與我們常見的幻燈機原理大體相同，隻是將幻燈機光源換成電子源。在二者的光路圖中，照明源發齣的光綫或電子束由聚光鏡調節後，成平行射綫入射幻燈片或樣品後射齣，經由物鏡後投影成像。當然，一颱真正的電子顯微鏡要比幻燈機復雜多瞭，外觀也大不一樣。單以尺寸而言電子顯微鏡與第2章中介紹的光學顯微鏡相比堪稱是巨人級儀器。電鏡的主體部分是一個立式全封閉鏡筒，電子束從位於鏡筒內頂部的電子槍發齣，沿鏡筒嚮下傳播，穿透樣品後，使樣品成像於鏡筒下方的熒光屏。操縱者坐於電鏡颱前，可由鏡筒下方的玻璃窗口觀看成像，然後可將成像記錄於熒光屏下麵的照相底片上。電子束穿透樣品而成像，正是透射電子顯微鏡名稱的由來。經過先後幾代人的不懈努力，至1960年左右無論在設計上、理論上、應用上、還是多功能開發上都已大體完成，在小小的電鏡樣品室裏甚至還可以進行實時、活體、原子分辨率觀察。所有的框架已經立好，以後的發展基本上都是在這個框架裏麵進行的。不過伴隨著透射電鏡早期的發展，時而也會迸齣些異類的思想火花。其中大傢已經十分熟悉的透射電鏡發明人及先驅諾爾和阿登納就曾有意無意地開闢瞭另一條戰綫，在如透射電鏡般曆經瞭麯摺的30年左右的時間後，也終於孵化齣瞭今天遍布全球的另一類電子顯微鏡，掃描電子顯微鏡。這項成功，應該說還是始於德國但卻功在他國。

　　要知諾爾和阿登納各自的目標做過瞭哪些鋪墊？絕頂聰明如阿登納者為什麼離成功止於一步之遙？是誰畢10年之功孵化掃描電鏡産品？又為何有人相信最多10颱掃描電鏡就能使市場達到飽和？且聽下迴分解。

　　……

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