显微镜作为科学研究中不可或缺的工具，根据其成像原理和应用领域的不同，被开发成多种类型，以满足不同科研需求。本文将介绍四种主要的科研用显微镜——光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和透射电子显微镜（TEM），并进行详细比较。
光学显微镜（Optical Microscope）
基本原理：
- 利用可见光和一系列透镜（物镜和目镜）成像。
- 成像原理基于光的折射。
主要特点：
- 分辨率： 约200纳米，受光的波长限制。
- 成像深度： 较深，可观察活细胞等生物样品。
- 样本要求： 无需特殊处理，可直接观察。
应用场景：
- 生物学、材料科学的初步形态观察。
- 医学领域的组织病理学研究。
扫描电子显微镜（SEM）
基本原理：
- 使用电子束扫描样品，依赖样品表面散射的电子或次级电子成像。
- 成像原理基于电子与物质的相互作用。
主要特点：
- 分辨率： 达到纳米级（约1-10纳米）。
- 成像深度： 表面成像，可以获得高质量的表面形貌图。
- 样本要求： 需要真空环境，样本常需涂覆导电材料。
应用场景：
- 材料科学中的微观结构分析。
- 工业检验，如半导体制造中的缺陷检测。
原子力显微镜（AFM）
基本原理：
- 利用极细的探针在样品表面扫描，通过探针与样品表面之间的相互作用力变化进行成像。
- 成像原理基于物理力的检测。
主要特点：
- 分辨率： 可达到原子级别。
- 成像深度： 表面成像，能够获得三维表面形貌。
- 样本要求： 可在空气或液体环境中进行，样本无需特殊处理。
应用场景：
- 纳米技术研究，如纳米材料的表面性质。
- 生物分子间相互作用的研究。
透射电子显微镜（TEM）
基本原理：
- 使用高能电子束透过超薄样品，根据电子透射后的强度变化成像。
- 成像原理基于电子的穿透能力。
主要特点：
- 分辨率： 达到亚纳米甚至原子级别。
- 成像深度： 内部结构成像，提供样品的内部微观结构信息。
- 样本要求： 需要极薄样品，常需特殊的样本制备技术。
应用场景：
- 材料科学中的晶体结构分析。
- 生物科学中病毒和细菌的微观结构研究。
这四种显微镜各有所长，选择适合的显微镜类型依赖于研究目的和样本的物理化学性质。在实际应用中，它们常常互为补充，联合使用可以提供更全面的材料表征与生物检测。
