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超声显微镜
发布时间:2015-10-22 9:14:45           作者:    点击量:     

    超声显微镜超声显微镜,ultrasonic microscope,利用样品声学性能的差别,用声成像的方法来生成高反差、高放大倍率的超声像的装置。有吸收式超声显微镜、激光扫描法超声显微镜和布 拉格衍射成像法超声显微镜等。用于显示介质材料内部的微小结构。能观察材料内部与声学性质差别有关的结构,这是用普通光学显微镜和电子显微镜所不能观察到的。

  1特点超声显微镜利用物体声学特性的差异来显示物体。声学特性指的是声阻抗率和声衰减,它们与物质的弹性和粘弹性有关。声镜给出的是物体的声学像或弹性像。声镜还具有一些引人注目的特点,如被测物体不需透光;对于生物组织切片或样品无需染色,观察及时;对于大规模集成电路,毋需损坏样品表面即可直接进行内层观察。声镜与光镜和电镜相互补充,为增进对物质性质的了解提供一种新工具。

  2简史1936年С.Я.索科洛夫提出超声显微镜的设想;60年代初,声成像技术的进步,特别是微波超声的进展为声镜的研究奠定了基础;70年代,声镜技术迅速发展,出现了布喇格衍射法、光扫描法、激光扫描法、聚焦声束扫描法、检测表面形变法、光导压电开关法和辐射压力法等。扫描声镜犹如扫描电镜有长足的发展,其中L.W.凯斯勒等人的激光扫描声镜(SLAM)和C.F.夸特等人的聚焦声束机械扫描声镜 (SAM)是目前声镜两个较主要的分支,后者尤被广泛重视并分透射式和反射式两类。

  3工作原理入 射到物体上的声波要发生反射、折射、衍射和吸收等声学现象,经历这些现象的声波因与物体发生相互作用而含有物体的信息,利用声波的某些物理效应把含有新信 息的声波显示出来就实现了声成像。至于显微分辨本领则与波长相当。物质中声速约比光速小5个数量级,当声波的频率为3×109时,在水中的波长就达 0.5μm,这时声镜的分辨本领已和光镜相近,经放大肉眼便可直观。现就透射式SAM进一步说明(见图)。高频电信号激发压电换能器发射高频超声,经声透镜聚焦成一细小声束,穿过放在焦平面上的被测样品,载物片是几微米厚的聚酯树脂薄膜,声耦合媒质是水,当声波到达对面共焦的声透镜,含有样品信息的声波经压电换能器接 收又变成电信号,经接收电路送到示波器,机械扫描装置使载物台作二维扫描运动,使得聚焦声束在样品上作逐点逐行地照射,当机扫与示波管的电子束运动同步, 屏幕上出现一幅对应于物体的被照射部位的声像,这幅声像是由许多像元组成。由于扫描频率的限制,一幅声像需几秒才能完成。

  4应用领域声镜的用途大约可分为三个方面。①在生物学和医学上,可以进行活体观察;②在微电子学上,利用反射式声镜,可对大规模集成电路不同层次(包括层间细节)进行非破坏性观察;③在材料科学上,样品表面不必抛光腐蚀,声像能显示出明显的晶粒间界、合金内不同组分的区域。

  5现状和展望声 镜经过几十年的演变和发展,目前SLAM型的工作频率高至500MHz,分辨本领较低但能实时显示。SAM型正在向纵深发展。在提高分辨率方面,最近美国 斯坦福大学将声镜放在0.2K液氦环境下工作,由于声速小,获得了50nm(500┱)的分辨率,英国C.R.佩茨采用高压气体作声耦合媒质,在压力为 30atm的氦气中,频率为45MHz,就获得7μm的分辨率。在声聚焦方面,一方面用传递函数进行声透镜理论分析,另一方面,日本的中钵宪贤发展了无透 镜技术,直接采用微型球面聚焦换能器。在应用方面,声镜在计量方面得到新应用,如测量极薄层状结构的层厚,对鸡胚胎纤维细胞的观察,有助于细胞生理学的研究。



 
 
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