為台灣加油打氣專欄 (10) 我國已有電子顯微鏡

我曾經寫過一篇文章說我們國家很可惜沒有電子顯微鏡,幾年以後,我們國家有一個相當不錯的電子顯微鏡。

電子顯微鏡的原理非常簡單,我們將一個很細的電子束打在一個物體上,電子會反射,然後我們將反射的電子蒐集以後就會成像。有些物質會使得反射很強,有些物質會使反射很弱。如果一個物體傾斜,反射也會比較弱,因為反射的電子會四散。

要產生電子束必須要有電子槍,電子光源是一個非常小的鎢絲,這個鎢絲的粗細是40微米,所謂一個微米就是百萬分之一米。鎢絲後面接到一個15000伏特的高電壓,然後我們利用電子光學,也就是磁場的控制,使得電子束的直徑只有10奈米,所謂一個奈米就是十億分之一米。這一個10奈米的電子束當然會打在物體的一個部位,然後再移動電子束各7奈米,這架電子顯微鏡曝光一百萬個點就大功告成了。

這個電子顯微鏡需要一個非常高級的焊接技術,因為鎢絲只有40微米,所以焊接極有學問,所用的是大電流焊接,電子槍絕緣的陶瓷焊接也非常特殊。要將電子束控制在10奈米之內,要用磁場來控制。要將電子束移動7奈米,也是用磁場控制。這些控制系統都是我們自己設計,當然設計的工程師是要懂電磁學的。

很多光學顯微鏡的放大率是300倍,這架電子顯微鏡的放大率是2萬倍,不是世界上最偉大的電子顯微鏡。有最高級的電子顯微鏡,它的放大率高達100萬倍。在台灣,也有外國賣給我們的電子顯微鏡,它的掃瞄系統可以只移動1.6奈米,這種電子顯微鏡可以想見它的控制系統更加厲害。

要做出這架電子顯微鏡並不是靠什麼創新,而是要有非常紮實的基本工夫。這個年頭我們電機系的學生懂得電磁學的人,恐怕越來越少了。懂得利用電磁學來控制的,更是少之又少。我們也很少人談論焊接,總認為焊接不是一個了不起的學問,但是以這個精密儀器而言,焊接成了一個關鍵性技術,焊接的技術不好,絕對做不出如此精密的儀器。

虧得我們國家有一批不好高騖遠的工程師,肯腳踏實地地做事。可以想見他們在整個研發過程中遭遇多少困難,可是也都一一克服了。大家應該鼓勵這種努力的工程師,也希望他們能夠繼續努力來造出下一個更加精密的電子顯微鏡。

還有一點也是值得我們知道的,那就是這個電子顯微鏡還可以拍影片,也就是說,一個能夠動的小東西可以放在這個電子顯微鏡裡讓我們檢視,然後以影片的方式呈現。

給各位看一張用電子顯微鏡所照的相片,這張照片放大了5000倍,乃是蒼蠅的複眼,看上去好可怕,不知道蒼蠅為什麼要有這麼多眼睛。