分辨率达纳米级，这台显微镜何以超“高清”（探一线）

正值暑假，江苏苏州大学分析检测中心一楼的一处空间仍在热火朝天地施工。“这里将建设标准实验室。”中心主任姚志刚摊开设计图纸，近70平方米的空间计划设计成一个可屏蔽磁场干扰的“黑盒子”，并朝下挖掘1.2米形成防振动的独立地基。这里将迎来一个重要装置：国产首台商用200千伏场发射透射电子显微镜。

透射电子显微镜是一种高分辨率的微观分析仪器。这台显微镜的点分辨率达0.25纳米，晶格分辨率达0.14纳米，可看清亚纳米材料的内部结构，达到全球先进水平。虽然实验室还在搭建，但检测实验已排到3年后，包括纳米材料、半导体工业、生命科学等学科领域的微观结构研究，日程表满满当当。

这台显微镜，何以超“高清”？

这要从光学显微镜的成像原理说起：光学显微镜的光源为可见光，而电子显微镜的光源为电子束。当显微镜中的电子束在经高压加速后穿透样品时，会携带样品内部结构的信息。“这些信息经过放大系统成像后，可以放大百万倍，从而帮助使用者观察亚纳米级图像。”仪器生产厂家、苏州博众仪器科技有限公司总经理唐爱权说。

“高清”的秘密在于两个关键因素：波长和像差。“波长越短，分辨率越高。”博众仪器技术总监梁晶表示，当高压加速电子束时，会产生很高的能量，让波长大幅变短。这项技术已很成熟，并不是难题。和光学显微镜中可见光数百纳米的波长相比，200千伏电压下电子束的波长仅有2.5皮米（1纳米等于1000皮米）。

真正的考验是解决像差。像差是看到图像与实际图像间的误差。让误差变小，不仅要保障电磁透镜的结构满足诸多要求，还要实现加速电子束的高压持续稳定。这些都是技术攻关的难点。

“高端透射电镜产业长期被国外仪器公司垄断，核心零部件受到国外技术封锁，我们历时5年攻关，实现自主可控、国产替代。”唐爱权说，在精密加工方面，联动上下游企业，进行铁磁材料等原材料的好中选优及热处理等工艺的提质升级，同时自研夹具和制具，实现加工设备与检测设备的集成创新，保障数千个零部件全部符合精度要求；在高压稳定方面，通过对电路设计的20多次改版，以及上百次的优化迭代，实现了200千伏电压的稳定输出。

透射电子显微镜广泛应用于纳米级的研究与观测，是材料科学、生命科学和半导体等研究领域必需的支撑性研究设备。“我们计划先进行一年左右的性能验明工作，再开展科学研究。”姚志刚介绍，为支持国产“首台套”，该设备安装完毕后将对校内外科研团队免费开放使用，这样既能验证性能，又支持了科研发展，还推广了高端分析仪器的市场应用，一举多得。