第20卷第1期 材料科学与工程 总第77期 Vol.20 No.1 Materials Science Engineering Mar.2002 文章编号：1004793X2002)01-000506 金相学史话(6)：电子显微镜在材料科学中的应用 郭可信 (中国科学院物理研究所北京电子显微镜实验室，北京100080) 【摘要】Ruska在三十年代研制出第一台电子显微镜，战后(1954年)又在极端困难条件下发展出带有电 子衍射功能的高分辨电镜日niskop I。但是，从专利优先权角度看，他不是电镜的发明人。直到半个世纪后，有关 的争议人都已过世，他才在1986年获得这个迟到的但却是当之无愧的诺贝尔物理奖。 材料科学的几次突破性进展充分说明电子显微镜的重要性。首先是电子衍射与成像的结合使位错的直接观 察得以实现。在双束（透射束与一个强衍射束）条件下，位错产生的畸变区的衍射强度与基体不同从而显示衬度 差异（衍衬像）。位错等晶体缺陷因此得以成为六、七十年代的研究热点。选区衍射使晶体结构分析进入到微米 甚至到纳米层次。迄今为止，八十年代发现的各种类型的准晶（五重、八重、十重、十二重旋转对称准晶）都是使用 这种手段实现的，从而扩大了晶体的范围，把无周期性的准晶也包括进去。高分辨电镜已发展到分辨单个原子的 水平，这就为九十年代发现和研究纳米碳管创造了条件，开辟了纳米技术的新纪元。 【关键词】电子显微镜：金相学：材料科学 中图分类号：TG13,N91 文献标识码：A A Brief History of Metallography VI Application of Electron Microscopy in Materials Science K.H.Kuo Beijing Laboratory of Hlectron Microscopy Institute of Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100080,China) [Abstract]E.Ruska developed the first electron microscope in the thirties and the electron microscope Emiskop I of fairly high resolution and equipped with electron diffraction devices after the Second World War(1954).However,according to the patent priority he was not the inventor of electron microscope.After about half of a century of the first electron microscope ever made,he finally received righteously the Nobel Prize in Physics in 1986,when all contestants have passed away. Following each development stage of the electron microsoope,there is always a big advance in materials science.Under the two beam condition(transmit beam and one strong diffraction beam),the distorted region caused by a dislocation line will have a different diffraction intensity compared with the undistorted matrix,thus showing a diffaction contrast(diffraction contrast image).This made the study of crys talline defects such as dislocations a hot spot in the sixties and seventies.Thanks to the selected area electron diffraction made in the m crometer or even in the nanometer range,fivefold diffraction symmetry becomes obvious in an electron microsoope.Quasicrystals of different rotational symmetries(fivefold,eightfold,tenfold and twelvefold)were found in the eighties by this method,thus extending the soope of crystallography to include the aperiodic quasicrystals.With the improvement of the resolution of an electron microscope to the atomic level, the carbon nanotube was discovered in the nineties,thus anmouncing te new era of narotechnology. Key words]electron microscope;metallography;materials science 二次世界大战后才逐渐开展起来，直到五十年代中期才兴 1 电子显微镜的诞生 旺发达。那时金属学已经是一门比较成熟的学科，许多基 本的显微结构问题已用X射线得到初步解决，并逐步发展 电子显微镜首先由Koll及Ruska在实验室研制成功， 成为物理治金和材料科学。同时，电子显微镜技术本身也 后来在1939年由西门子公司开始批量生产，正赶上第二次 有长足发展。这两个学科的发展基本上是同步的，每一种 世界大战爆发。因此电子显微镜在金属研究方面的应用在 电子显微镜新技术的出现都为材料科学带来新的飞跃。下 收稿日期200-01-18 作者简介：郭可信(1923→，男，中科院院士 C 1994-2007 China Academic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net第20卷 第1期 Vol 1 2 0 No 1 1 材 料 科 学 与 工 程 Materials Science & Engineering 总第7 7期 Mar . 200 2 文章编号 :10042793X( 2002) 0120005206 收稿日期 :2001201218 作者简介 :郭可信(1923 —) ,男 ,中科院院士. 金相学史话( 6) :电子显微镜在材料科学中的应用 郭可信 ( 中国科学院物理研究所北京电子显微镜实验室 ,北京 100080) 【摘 要】 Ruska 在三十年代研制出第一台电子显微镜 ,战后 (1954 年) 又在极端困难条件下发展出带有电 子衍射功能的高分辨电镜 Elmiskop I。但是 ,从专利优先权角度看 ,他不是电镜的发明人。直到半个世纪后 ,有关 的争议人都已过世 ,他才在 1986 年获得这个迟到的但却是当之无愧的诺贝尔物理奖。 材料科学的几次突破性进展充分说明电子显微镜的重要性。首先是电子衍射与成像的结合使位错的直接观 察得以实现。在双束(透射束与一个强衍射束) 条件下 ,位错产生的畸变区的衍射强度与基体不同从而显示衬度 差异(衍衬像) 。位错等晶体缺陷因此得以成为六、七十年代的研究热点。选区衍射使晶体结构分析进入到微米 甚至到纳米层次。迄今为止 ,八十年代发现的各种类型的准晶(五重、八重、十重、十二重旋转对称准晶) 都是使用 这种手段实现的 ,从而扩大了晶体的范围 ,把无周期性的准晶也包括进去。高分辨电镜已发展到分辨单个原子的 水平 ,这就为九十年代发现和研究纳米碳管创造了条件 ,开辟了纳米技术的新纪元。 【关键词】 电子显微镜 ;金相学 ;材料科学 中图分类号 :TG113 ,N91 文献标识码 :A A Brief History of Metallography : Ⅵ1Application of Electron Microscopy in Materials Science K. H. Kuo ( Beijing Laboratory of Electron Microscopy Institute of Physics , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100080 , China) 【Abstract】 E. Ruska developed the first electron microscope in the thirties and the electron microscope Elmiskop I of fairly high resolution and equipped with electron diffraction devices after the Second World War(1954) . However , according to the patent priority he was not the inventor of electron microscope. After about half of a century of the first electron microscope ever made , he finally received righteously the Nobel Prize in Physics in 1986 , when all contestants have passed away. Following each development stage of the electron microscope , there is always a big advance in materials science. Under the two2beam condition(transmit beam and one strong diffraction beam) , the distorted region caused by a dislocation line will have a different diffraction intensity compared with the undistorted matrix , thus showing a diffaction contrast(diffraction contrast image) . This made the study of crys2 talline defects such as dislocations a hot spot in the sixties and seventies. Thanks to the selected area electron diffraction made in the mi2 crometer or even in the nanometer range , fivefold diffraction symmetry becomes obvious in an electron microscope. Quasicrystals of different rotational symmetries(fivefold , eightfold , tenfold and twelvefold) were found in the eighties by this method , thus extending the scope of crystallography to include the aperiodic quasicrystals. With the improvement of the resolution of an electron microscope to the atomic level , the carbon nanotube was discovered in the nineties , thus announcing te new era of nanotechnology. 【Key words】 electron microscope ; metallography ; materials science 1 电子显微镜的诞生 电子显微镜首先由 Knoll 及 Ruska 在实验室研制成功 , 后来在 1939 年由西门子公司开始批量生产 ,正赶上第二次 世界大战爆发。因此电子显微镜在金属研究方面的应用在 二次世界大战后才逐渐开展起来 ,直到五十年代中期才兴 旺发达。那时金属学已经是一门比较成熟的学科 ,许多基 本的显微结构问题已用 X射线得到初步解决 ,并逐步发展 成为物理冶金和材料科学。同时 ,电子显微镜技术本身也 有长足发展。这两个学科的发展基本上是同步的 ,每一种 电子显微镜新技术的出现都为材料科学带来新的飞跃。下