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都说眼睛是心灵的窗户，当然了你若是镶了玻璃就更像窗户了。眼睛同时又是咱们观察这个世界最重要的手段之一，它最直观、最敏锐，一度也被认为最真实，所谓眼见为实。当然这一切的一切直到后来出现一个比咱们原装眼睛更给力的仪器……
小一点!
科学家怪蜀黍告诉咱们地球人的肉眼只可以分辨直径大于0.073mm的物体，小于该尺度的事物都属于微观世界，而不属于咱们所能见到所熟知的宏观世界。然而人类向来都是什么做不了就非要做什么的贱骨头(也有一种说法叫知难而进)。人们非要看看神马是看不见的微观世界，看看那个世界是不是也有一种叫做河蟹的动物。但是技术条件限制这座大山一直压在人们身上，致使人们未能得偿所愿。直到13世纪，一个卖眼镜的商人的小盆友无意中发现通过俩眼镜片落在一起，可以使拨拔刚给他的小蛋糕变成大蛋糕之后，人们才开始有机会看到微观的世界。不过那还只是显微镜的雏形而已，顶多也只能算是应付孩纸们好奇心的玩具，真正意义的显微镜还得是那个不甘寂寞的公务员——列文虎克创造的。列文虎克本来是一位市政厅的看门人，天天和现在不少的公务猿一样一天无所事事。某年某月的某一天，列文虎克无聊也想弄个放大镜玩玩，奈何家里不富裕，最终决定自己打磨一个。没想到打磨的效果还灰常不错，越打磨越喜欢，公务员都辞了回家钻研显微镜，最终还打磨出了名堂，做出了当时最高水平的显微镜。从此之后显微镜的放大倍数一个劲儿地往上窜，终于在1500倍左右的时候卡住了。由于人的肉眼对于可见光的感知范围受到了限制，光学显微镜的实际分辨率等于人眼能看到的光的最短波长，因此更加细小的东东，咱们是无法通过光学显微镜看到的。从此之后，光学显微镜一家独大的状况正式结束。
再小一点!
正所谓唯一不变的就是变化本身，有需求才会有发展。既然光学显微镜不能摆平更加细小的东东，那么就需要祭出另一种新的显微镜来搞定这些小东东。于是电子显微镜这棵葱就一个箭步光荣地窜上了历史的戏台子。电子显微镜主要分为透刳电子显微镜和扫描电子显微镜，前者的原理是以电子束透过样品经过聚焦与放大后所产生的物像，投射到荧光屏上或照相底片上进行观察，将显微镜的放大倍数提升到了几万～百万倍，而后者则是电子显微镜中里程碑式的狠角色。
说起扫描电子显微镜，就不能不说说恩斯特·鲁斯卡这个童鞋。鲁斯卡是一名来自德意志那个山头的物理民工，在上世纪30年代开始混迹于慕尼黑工业大学时，心中就时常念叨街边算命大仙告诉他的箴言：出名要趁早。于是他在校期间就开始潜心研究显微镜技术，后来又转校到了柏林工业大学，靠着研究出的《关于电子显微镜的磁性镜头》一文，拿到了博士学位。不久之后，这家伙又趁热打铁捣弄出了样机。这种电子最微镜的原理其实与CRT显像管差不多，同样是发出极细的阴极射线然后通过一段真空层施加电压使其发生偏转，用这条射线对物体表面进行扫描。
当这一束饱含着激情与梦想的高能入射电子轰击被测物质表面时，被“击中”的区域就叮咣飞出来二次电子、俄歇电子、特征×射线和连续谱×射线、背散射电子等一堆杂七杂八的东西，还会在可见光、紫外光、红外光区域产生电磁辐射。这些电子、特征线、电磁辐射再通过特殊的仪器收集汇总。原则上讲，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等，通过处理后就可以在光栅、底片或者显示器上显现出来。
这样的技术在当时可是灰常超前和NB的，而当时在大学里新型显微镜研究并不受重视，大学也不把这个当做攻坚项目，所以鲁斯卡童鞋很苦逼的既没有试验设备又捞不到研发经费。不过精明的商人不会错过这样的机会，]937年西门子公司主动向鲁斯卡泼出了橄榄油，鲁斯卡抹了抹脸上的橄榄油爽快地答应了于西门子的合作。为了能搞成这个东东，西门子也是下了血本，专门成立了一间研究所让鲁斯卡童鞋尽情地捣鼓。心中信念坚定的鲁斯卡也很给力，两年后就让西门子造出了能够量产的“西门子一超显微镜”。虽然扫描电子显微镜在上世纪30年代之后逐渐成为了电子显微镜的主流，但是这玩意儿类似于CRT显示器的原理造成了它对被观测物要求极高。首先一条就是片要切得薄，否则口感就不好，哦不，否则观测效果就不好，所以现在一般都是使用特定的仪器对待测物先进行十分精细的切割；再者由于仪器是在真空环境下进行观测，被测物还不可以是活物，就算是活物进去也得被秒杀掉。所以用这种电子显微镜观察的东东，不是挂了的，就是切过的。看个生锈的真相还好，可看不了生命的真相。
更小一点
难道就没有对切片要求低一些的显微镜了么?难道就非要破坏一个标本的完整性才能一窥全貌么?答案是否定的，科学民工们从1957年开始对扫描电子显微镜进行改良，终于在1978年试验成功。共聚焦激光扫描显微镜就此诞生。首先为什么切片要做得薄观测效果才好呢?一是薄一些有利于光穿过切片，二是因为如果做厚了就好像一个身材妖娆的MM穿了N件衣服，奈何你火眼金睛电看不出其中玄机。但是自从这个所谓共聚焦激光扫描显微技术诞生之后，从此妈妈再也不用担心我做的切片，想切多厚切多厚，S。easy!看妹子，噢不，看切片标本就不用那么麻烦的了，它与扫描电子显微镜的主要不同在于其光学分层能力，即获得特定深度下焦点内的图像。图像通过逐点采集，以及之后的计算机重构而成，因此它可以重建拓扑结构复杂的物体。简单说，它升级了扫描电子显微镜的数据收集处理部分，因而能区分来自样品不同深度的信息。扫描电子显微镜只能“看”到所有能被光透射到的地方，而对于共聚焦显微镜，只要焦点处能到达的地方的信息都可以被采集。实际上共聚焦激光扫描显微是通过对焦点深度的控制和高度限制来实现的。可以将本来比较厚的材料一层一层地进行仔细、深入的观察，就好比还是刚才那个MM，羽绒服、衬衣神马的一件一件……咳咳，可是一个标本虽然被放大了N倍，但其中还是有区分的，总有一些是你想要的部分，就好比迎面走来一群环肥燕瘦的MM总有一种类型是你要选择的。(喂，你就没有别的例子TA?)怎么样将这些物质区分开呢?这就要用到荧光标记，只要使用对应的荧光剂，它们就亮了。虽然有着强大的优势和后续升级版，但扫描电子显微镜已经到了放大倍数很难再提升的时候，这意味着没有多久这货也要out了。而且和电子显微镜一样，它也是有分辨率瓶颈的，显然新的显微镜即将闪亮登场。
从扫描电子显微镜手里生拉硬拽抢来接力棒的家伙叫做隧道扫描显微镜，这玩意儿是由大婶级公司IBM的苏黎 世实验室搞出来的(话说IBM前些天刚刚过了百天，噢不，是一百周年)。隧道扫描显微镜采用了颠覆性的技术，与扫描电子显微镜最大的不同就是不再是在真空中用阴极射线来对物体进行扫描，如此一来就不必非要观测无生命的物体了，科技以活着为本。隧道扫描显微镜还完全放弃了以前的用眼看、用光扫描的技术，而是用尖端只有一个原子的探子，通过探针上的电子产生的隧道效应，来对物体表面进行扫描。可以理解成用一根特殊的探针在待测物体表面“摸”过，这不过不是真正的接触到，而是进行微距的“低空滑翔”。正是因为这一点，电子显微镜再也不是放大多少倍，而是直接到达了原子级别的分辨率。
测量的时候金属针尖为一电极，被测固体样品为另一电极，当他们之间的距离小到1nm左右时，针尖电子会跳到待测物体表面上形成穿隧电流，就会出现隧道效应。同时，物体表面的高低会影响穿隧电流的大小，针尖随着物体表面的高低上下移动以维持稳定的电流，以此来观测物体表面的形貌。这种仪器可队观察到物体表面的纳米结构，是显微镜技术的一大飞跃，也成为往后纳米技术中的主要分析工具，专门用来观测金属或半导体的表面。此外隧道扫描显微镜在低温下(4K：-269.15℃)可以利用探针尖端精确操纵原子，仿佛在玩纳米级别的积木游戏，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。IBM还就来了这么一个低调的亮骚，在一块铜版上，用原子摆成了“IBM”仨字母，来了一次地球上最小，但是影响力最大的广告。话说做完NB广告的IBM也木有骄傲，接着针对隧道扫描显微镜进行了改良，首先懈决它的缺点。因为要产生隧道效应，所以待测物必须是导体，否则就无法进行测量。而IBM改良出的原子力显微镜则是利用微悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品原子之间的作用力，从而达到检测的目的，同样具有原子级的分辨率。原子力显微镜既可以观察导体，也可以观察非导体，甚至在液体环境下也可以良好的工作，从而弥补了隧道扫描显微镜的不足，同时测绘出的还是三维表面图。然而缺点也是显而易见的，这种过于精细的工程必然导致成像速度慢，成像范围小。
后来，搞定隧道扫描显微镜的格尔德。宾宁和海因里希·罗雷尔童鞋得到了1986年的三文鱼物理学奖。同时，由于鲁斯卡童鞋在年轻的时候就已经搞定了电子显微镜的基本原理，所以50多年后也将奖颁发给了他老人家。等了50多年老人家终于等到了三文鱼物理学奖，虽然这鱼都有点馊了，但一个声音还在耳边回荡：“出名要趁早”。两年后老爷子就安心地走了，弥留之际还嘱咐把自己精心制作的显微镜捐献给英国皇家学会。幸亏不是捐给国内某慈善组织呀，要不老爷子都不能瞑月啊。
在未来咱们还将发明和使用更多更好用的显微镜，显微镜的诞生为咱们又打开了一扇观察世界的窗，带咱们进入了那个人类向往了几个世纪的微观世界，在那里咱们看清了细胞长什么样，它们都是怎么工作的，看清了元素是怎样组成物质的。还为咱们展示了纳米材料的魅力。
小一点!
科学家怪蜀黍告诉咱们地球人的肉眼只可以分辨直径大于0.073mm的物体，小于该尺度的事物都属于微观世界，而不属于咱们所能见到所熟知的宏观世界。然而人类向来都是什么做不了就非要做什么的贱骨头(也有一种说法叫知难而进)。人们非要看看神马是看不见的微观世界，看看那个世界是不是也有一种叫做河蟹的动物。但是技术条件限制这座大山一直压在人们身上，致使人们未能得偿所愿。直到13世纪，一个卖眼镜的商人的小盆友无意中发现通过俩眼镜片落在一起，可以使拨拔刚给他的小蛋糕变成大蛋糕之后，人们才开始有机会看到微观的世界。不过那还只是显微镜的雏形而已，顶多也只能算是应付孩纸们好奇心的玩具，真正意义的显微镜还得是那个不甘寂寞的公务员——列文虎克创造的。列文虎克本来是一位市政厅的看门人，天天和现在不少的公务猿一样一天无所事事。某年某月的某一天，列文虎克无聊也想弄个放大镜玩玩，奈何家里不富裕，最终决定自己打磨一个。没想到打磨的效果还灰常不错，越打磨越喜欢，公务员都辞了回家钻研显微镜，最终还打磨出了名堂，做出了当时最高水平的显微镜。从此之后显微镜的放大倍数一个劲儿地往上窜，终于在1500倍左右的时候卡住了。由于人的肉眼对于可见光的感知范围受到了限制，光学显微镜的实际分辨率等于人眼能看到的光的最短波长，因此更加细小的东东，咱们是无法通过光学显微镜看到的。从此之后，光学显微镜一家独大的状况正式结束。
再小一点!
正所谓唯一不变的就是变化本身，有需求才会有发展。既然光学显微镜不能摆平更加细小的东东，那么就需要祭出另一种新的显微镜来搞定这些小东东。于是电子显微镜这棵葱就一个箭步光荣地窜上了历史的戏台子。电子显微镜主要分为透刳电子显微镜和扫描电子显微镜，前者的原理是以电子束透过样品经过聚焦与放大后所产生的物像，投射到荧光屏上或照相底片上进行观察，将显微镜的放大倍数提升到了几万～百万倍，而后者则是电子显微镜中里程碑式的狠角色。
说起扫描电子显微镜，就不能不说说恩斯特·鲁斯卡这个童鞋。鲁斯卡是一名来自德意志那个山头的物理民工，在上世纪30年代开始混迹于慕尼黑工业大学时，心中就时常念叨街边算命大仙告诉他的箴言：出名要趁早。于是他在校期间就开始潜心研究显微镜技术，后来又转校到了柏林工业大学，靠着研究出的《关于电子显微镜的磁性镜头》一文，拿到了博士学位。不久之后，这家伙又趁热打铁捣弄出了样机。这种电子最微镜的原理其实与CRT显像管差不多，同样是发出极细的阴极射线然后通过一段真空层施加电压使其发生偏转，用这条射线对物体表面进行扫描。
当这一束饱含着激情与梦想的高能入射电子轰击被测物质表面时，被“击中”的区域就叮咣飞出来二次电子、俄歇电子、特征×射线和连续谱×射线、背散射电子等一堆杂七杂八的东西，还会在可见光、紫外光、红外光区域产生电磁辐射。这些电子、特征线、电磁辐射再通过特殊的仪器收集汇总。原则上讲，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等，通过处理后就可以在光栅、底片或者显示器上显现出来。
这样的技术在当时可是灰常超前和NB的，而当时在大学里新型显微镜研究并不受重视，大学也不把这个当做攻坚项目，所以鲁斯卡童鞋很苦逼的既没有试验设备又捞不到研发经费。不过精明的商人不会错过这样的机会，]937年西门子公司主动向鲁斯卡泼出了橄榄油，鲁斯卡抹了抹脸上的橄榄油爽快地答应了于西门子的合作。为了能搞成这个东东，西门子也是下了血本，专门成立了一间研究所让鲁斯卡童鞋尽情地捣鼓。心中信念坚定的鲁斯卡也很给力，两年后就让西门子造出了能够量产的“西门子一超显微镜”。虽然扫描电子显微镜在上世纪30年代之后逐渐成为了电子显微镜的主流，但是这玩意儿类似于CRT显示器的原理造成了它对被观测物要求极高。首先一条就是片要切得薄，否则口感就不好，哦不，否则观测效果就不好，所以现在一般都是使用特定的仪器对待测物先进行十分精细的切割；再者由于仪器是在真空环境下进行观测，被测物还不可以是活物，就算是活物进去也得被秒杀掉。所以用这种电子显微镜观察的东东，不是挂了的，就是切过的。看个生锈的真相还好，可看不了生命的真相。
更小一点
难道就没有对切片要求低一些的显微镜了么?难道就非要破坏一个标本的完整性才能一窥全貌么?答案是否定的，科学民工们从1957年开始对扫描电子显微镜进行改良，终于在1978年试验成功。共聚焦激光扫描显微镜就此诞生。首先为什么切片要做得薄观测效果才好呢?一是薄一些有利于光穿过切片，二是因为如果做厚了就好像一个身材妖娆的MM穿了N件衣服，奈何你火眼金睛电看不出其中玄机。但是自从这个所谓共聚焦激光扫描显微技术诞生之后，从此妈妈再也不用担心我做的切片，想切多厚切多厚，S。easy!看妹子，噢不，看切片标本就不用那么麻烦的了，它与扫描电子显微镜的主要不同在于其光学分层能力，即获得特定深度下焦点内的图像。图像通过逐点采集，以及之后的计算机重构而成，因此它可以重建拓扑结构复杂的物体。简单说，它升级了扫描电子显微镜的数据收集处理部分，因而能区分来自样品不同深度的信息。扫描电子显微镜只能“看”到所有能被光透射到的地方，而对于共聚焦显微镜，只要焦点处能到达的地方的信息都可以被采集。实际上共聚焦激光扫描显微是通过对焦点深度的控制和高度限制来实现的。可以将本来比较厚的材料一层一层地进行仔细、深入的观察，就好比还是刚才那个MM，羽绒服、衬衣神马的一件一件……咳咳，可是一个标本虽然被放大了N倍，但其中还是有区分的，总有一些是你想要的部分，就好比迎面走来一群环肥燕瘦的MM总有一种类型是你要选择的。(喂，你就没有别的例子TA?)怎么样将这些物质区分开呢?这就要用到荧光标记，只要使用对应的荧光剂，它们就亮了。虽然有着强大的优势和后续升级版，但扫描电子显微镜已经到了放大倍数很难再提升的时候，这意味着没有多久这货也要out了。而且和电子显微镜一样，它也是有分辨率瓶颈的，显然新的显微镜即将闪亮登场。
从扫描电子显微镜手里生拉硬拽抢来接力棒的家伙叫做隧道扫描显微镜，这玩意儿是由大婶级公司IBM的苏黎 世实验室搞出来的(话说IBM前些天刚刚过了百天，噢不，是一百周年)。隧道扫描显微镜采用了颠覆性的技术，与扫描电子显微镜最大的不同就是不再是在真空中用阴极射线来对物体进行扫描，如此一来就不必非要观测无生命的物体了，科技以活着为本。隧道扫描显微镜还完全放弃了以前的用眼看、用光扫描的技术，而是用尖端只有一个原子的探子，通过探针上的电子产生的隧道效应，来对物体表面进行扫描。可以理解成用一根特殊的探针在待测物体表面“摸”过，这不过不是真正的接触到，而是进行微距的“低空滑翔”。正是因为这一点，电子显微镜再也不是放大多少倍，而是直接到达了原子级别的分辨率。
测量的时候金属针尖为一电极，被测固体样品为另一电极，当他们之间的距离小到1nm左右时，针尖电子会跳到待测物体表面上形成穿隧电流，就会出现隧道效应。同时，物体表面的高低会影响穿隧电流的大小，针尖随着物体表面的高低上下移动以维持稳定的电流，以此来观测物体表面的形貌。这种仪器可队观察到物体表面的纳米结构，是显微镜技术的一大飞跃，也成为往后纳米技术中的主要分析工具，专门用来观测金属或半导体的表面。此外隧道扫描显微镜在低温下(4K：-269.15℃)可以利用探针尖端精确操纵原子，仿佛在玩纳米级别的积木游戏，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。IBM还就来了这么一个低调的亮骚，在一块铜版上，用原子摆成了“IBM”仨字母，来了一次地球上最小，但是影响力最大的广告。话说做完NB广告的IBM也木有骄傲，接着针对隧道扫描显微镜进行了改良，首先懈决它的缺点。因为要产生隧道效应，所以待测物必须是导体，否则就无法进行测量。而IBM改良出的原子力显微镜则是利用微悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品原子之间的作用力，从而达到检测的目的，同样具有原子级的分辨率。原子力显微镜既可以观察导体，也可以观察非导体，甚至在液体环境下也可以良好的工作，从而弥补了隧道扫描显微镜的不足，同时测绘出的还是三维表面图。然而缺点也是显而易见的，这种过于精细的工程必然导致成像速度慢，成像范围小。
后来，搞定隧道扫描显微镜的格尔德。宾宁和海因里希·罗雷尔童鞋得到了1986年的三文鱼物理学奖。同时，由于鲁斯卡童鞋在年轻的时候就已经搞定了电子显微镜的基本原理，所以50多年后也将奖颁发给了他老人家。等了50多年老人家终于等到了三文鱼物理学奖，虽然这鱼都有点馊了，但一个声音还在耳边回荡：“出名要趁早”。两年后老爷子就安心地走了，弥留之际还嘱咐把自己精心制作的显微镜捐献给英国皇家学会。幸亏不是捐给国内某慈善组织呀，要不老爷子都不能瞑月啊。
在未来咱们还将发明和使用更多更好用的显微镜，显微镜的诞生为咱们又打开了一扇观察世界的窗，带咱们进入了那个人类向往了几个世纪的微观世界，在那里咱们看清了细胞长什么样，它们都是怎么工作的，看清了元素是怎样组成物质的。还为咱们展示了纳米材料的魅力。