戴吾三

顯微鏡發(fā)明于西方，明末清初傳人中國(guó)。然而在很長(zhǎng)時(shí)間里。顯微鏡對(duì)中國(guó)人來(lái)說(shuō)只是觀察細(xì)微之物的新奇玩具。顯微鏡用于科學(xué)教育和研究始于新式教育和西式醫(yī)院興起之后，隨著1920-1940年代赴海外學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)的留學(xué)生回國(guó)，顯微鏡才真正應(yīng)用于科學(xué)研究中。經(jīng)幾代人努力，中國(guó)不僅能制造光學(xué)顯微鏡，而且研制成功電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡?？蒲腥藛T利用這些顯微儀器做出了具有世界水平的科研成果，中國(guó)電鏡學(xué)科的人才也茁壯成長(zhǎng)，在國(guó)際上嶄露頭角。

顯微鏡傳入中國(guó)

明末清初，隨著交通和貿(mào)易的發(fā)展，西方傳教士來(lái)到中國(guó)，他們不僅傳播宗教，也帶來(lái)西方的科學(xué)知識(shí)和新器物。面對(duì)西方的新發(fā)明，皇室和士大夫們免不了好奇，并間接促使江南地區(qū)的能工巧匠進(jìn)行仿制。明代末年蘇州巧匠孫云球（約1630-1662年）用水晶制作眼鏡，又仿制西方的“千里鏡”（望遠(yuǎn)鏡）、“存目鏡”（放大鏡）、“察微鏡”（顯微鏡）等，他總結(jié)制鏡經(jīng)驗(yàn)，寫成《鏡史》一書，可惜已佚?？茖W(xué)史家李約瑟認(rèn)為，孫云球制作的“察微鏡”是一種復(fù)式顯微鏡。

“察微鏡”是顯微鏡的初名，清代文人李漁在其所著《十二樓·夏宜樓》第二回“冒神仙才郎不測(cè)，斷詩(shī)句造物留情”中將其改稱為“顯微鏡”，該書現(xiàn)有清順治十五年（1658年）的版本。書中，作者為了表明自己對(duì)“千里鏡”的了解，有意在故事之前用了一段較長(zhǎng)的文字述說(shuō)當(dāng)時(shí)光學(xué)器具之背景，其中對(duì)“顯微鏡”的描述如下：

顯微鏡

大似金錢。下有二足，以極微極細(xì)之物置于二足之中，從上視之，即變?yōu)闃O宏極巨，蟣虱之屬，幾類犬羊；蚊虻之形，有同鸛鶴。并蟣虱身上之毛，蚊虻翼邊之彩，都覺(jué)得根根可數(shù)，歷歷可觀。所以叫做“顯微”，以其能顯至微之物而使之光明較著也。

李漁所描述的“顯微鏡”值得我們注意，這不僅僅因?yàn)樗霈F(xiàn)在孫云球的“察微鏡”名稱之后不久。據(jù)李約瑟的說(shuō)法，1619年顯微鏡已在倫敦出現(xiàn)，“直到1625年該儀器才有了顯微鏡（microscopium）這個(gè)名稱”，該年歐洲人用顯微鏡觀察蜜蜂的微細(xì)構(gòu)造。李約瑟又述及亞洲的情況，認(rèn)為“顯微鏡的最早圖畫及其觀察物體的最早說(shuō)明，出現(xiàn)在日本醫(yī)生森島中良（1754-1808）所著并于1787年出版的《紅毛雜話》書中（紅毛，尤指荷蘭人）”。現(xiàn)在看來(lái)，李漁對(duì)“顯微鏡”定名之早，用它觀察“蟣虱身上之毛，蚊虻翼邊之彩，都覺(jué)得根根可數(shù)，歷歷可觀”，比森島中良的相關(guān)描述要早130年，比歐洲人用顯微鏡觀察蜜蜂的記載只晚33年。

雖然由上可知中國(guó)應(yīng)用顯微鏡進(jìn)行觀察不比歐洲晚多少年，然而受傳統(tǒng)學(xué)術(shù)和近代工業(yè)發(fā)展的限制，其后很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)。中國(guó)人只滿足于將它用于對(duì)細(xì)微之物的好奇觀察中，沒(méi)有想到將其用于科學(xué)研究，也沒(méi)有（實(shí)則也不可能）跟進(jìn)西方的顯微鏡制造技術(shù)。直到19世紀(jì)末20世紀(jì)初，中國(guó)興辦新式教育和西式醫(yī)院，才開(kāi)始較多地使用從西方購(gòu)進(jìn)的顯微鏡。

成批制造顯微鏡

中國(guó)長(zhǎng)期缺乏制造顯微鏡的動(dòng)力和實(shí)際需求，這種情況直到抗日戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期才徹底改變。

認(rèn)識(shí)到批量制造顯微鏡的重要性，與中國(guó)的科學(xué)、教育發(fā)展有關(guān)，與一批“海歸”科學(xué)家有關(guān)，尤其是物理學(xué)家錢臨照（1906-2000）和嚴(yán)濟(jì)慈（1901-1996），他們對(duì)中國(guó)自行研制和應(yīng)用顯微儀器做出了重要貢獻(xiàn)。

錢臨照1906年8月出生于江蘇無(wú)錫鴻聲鄉(xiāng)，與力學(xué)家錢偉長(zhǎng)和國(guó)學(xué)大師錢穆皆系同鄉(xiāng)。錢臨照幼時(shí)與弟弟錢令希均在其父所辦的學(xué)校就讀，受父親的影響，錢氏兄弟勤奮好學(xué)。

1925年，錢臨照入上海大同大學(xué)物理系，從胡剛復(fù)、嚴(yán)濟(jì)慈等人的授課中獲益良多。1929年畢業(yè)，錢臨照到中學(xué)教書，一年后有機(jī)會(huì)到沈陽(yáng)，在張學(xué)良任校長(zhǎng)的東北大學(xué)物理系任助教。1931年“九一八”事變后，東北大學(xué)師生被迫入關(guān)。錢臨照彷徨之際，適逢北平研究院物理研究所剛成立，雖然該所助理研究員編制已滿，錢臨照仍被嚴(yán)濟(jì)慈所長(zhǎng)額外錄用并在其指導(dǎo)下從事科研。當(dāng)時(shí)，錢臨照經(jīng)常要?jiǎng)邮帜ゲＡаb配儀器。久之。他對(duì)應(yīng)用光學(xué)、制作光學(xué)儀器產(chǎn)生了濃厚興趣。1934年夏，錢臨照考取第二屆中英庚款，公費(fèi)留學(xué)英國(guó)，就讀倫敦大學(xué)學(xué)院。留學(xué)期間，他在暑期到一家名叫Adam Hilgan的光學(xué)儀器廠實(shí)習(xí)，老板特懷曼（G.Twvman）是光學(xué)專家，也是英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。此前因北平研究院從這家工廠購(gòu)置過(guò)多種光學(xué)儀器，因而錢臨照被特許進(jìn)入車間實(shí)習(xí)。在那里，有好幾位師傅教了他不少手藝，其中一項(xiàng)是通過(guò)特懷曼干涉儀的觀察，將那些退火不充分、不均勻的玻璃加以巧妙地修補(bǔ)，使之合格。按錢臨照的說(shuō)法，他學(xué)會(huì)了“這項(xiàng)變廢為寶的絕妙技術(shù)”。

1937年“七七事變”后。嚴(yán)濟(jì)慈發(fā)電報(bào)讓錢臨照趕快回國(guó)，不久又指派他去北平將物理所的儀器設(shè)法運(yùn)出，并轉(zhuǎn)往大后方昆明。錢臨照克服重重困難，將儀器運(yùn)送出北平，再到天津裝船，輾轉(zhuǎn)送達(dá)昆明。

遷至昆明的物理所決定利用先前已成熟的磨玻璃技術(shù)制造光學(xué)器具。最初主要制造五角測(cè)距儀，用于戰(zhàn)地觀測(cè)敵方目標(biāo)距離，當(dāng)時(shí)所用的玻璃鏡頭基本是手工磨制的。1939年冬，物理所的小22Y-由城里遷往昆明城北遠(yuǎn)郊的黑龍?zhí)?，研究人員自建房屋，購(gòu)置制玻璃的機(jī)器。廠里除新增的西南聯(lián)大畢業(yè)生外，還招收了幾個(gè)青年學(xué)徒，給他們培訓(xùn)上課，后來(lái)這些人都成為磨玻璃的行家能手；新中國(guó)成立后，他們中有多人去了中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)及精密機(jī)械研究所（簡(jiǎn)稱長(zhǎng)春光機(jī)所），成為那里的業(yè)務(wù)骨干。

隨著規(guī)模的擴(kuò)大。工廠開(kāi)始轉(zhuǎn)向生產(chǎn)供教學(xué)和戰(zhàn)地醫(yī)院用的顯微鏡。當(dāng)時(shí)受教育部委托，要制造幾百架?？埔陨蠈W(xué)校用顯微鏡，目鏡鏡頭有3倍、10倍和14倍三種，物鏡鏡頭有10倍、20倍、50倍及100倍四種，各鏡頭交互配合可得60-1400倍之間的各種放大倍數(shù)的顯微鏡。顯微鏡的金屬架則由當(dāng)時(shí)設(shè)在黑龍?zhí)陡浇闹醒霗C(jī)器廠制造。經(jīng)評(píng)定，物理所工廠生產(chǎn)的顯微鏡質(zhì)量略遜于德國(guó)名牌，但遠(yuǎn)勝于日本貨。

在制造高倍數(shù)顯微鏡（1000倍）的過(guò)程中，一度遇到困難，頗費(fèi)周折。首先是光學(xué)設(shè)計(jì)，錢臨照請(qǐng)?jiān)谟?guó)帝國(guó)學(xué)院做過(guò)應(yīng)用光學(xué)研究的梁伯先幫助完成了設(shè)計(jì)。而生產(chǎn)中遇到了十分棘手的問(wèn)題——高倍顯微鏡的物鏡曲率半徑只有幾毫米，測(cè)量精度要求非常高。最后還是錢臨照想出辦法，采用物理學(xué)上的自準(zhǔn)直原理，利用一架普通游動(dòng)讀數(shù)顯微鏡，解決了精確測(cè)量物鏡曲率半徑的難題。新中國(guó)成立后，以此原理設(shè)計(jì)的測(cè)量毫米級(jí)鏡面曲率半徑的裝置被多家光學(xué)工廠廣泛采用。

抗日戰(zhàn)爭(zhēng)前，中國(guó)還不能成批制造科研和教學(xué)用顯微鏡。正是由于北平研究院物理所嚴(yán)濟(jì)慈所長(zhǎng)的規(guī)劃和支持，特別是錢臨照等人的不懈努力，改變了中國(guó)在顯微鏡制造技術(shù)上的落后局面，并為后來(lái)追趕國(guó)際顯微鏡制造先進(jìn)水平奠定了必要的技術(shù)和人才基礎(chǔ)。

研制電子顯微鏡

20世紀(jì)初，西方國(guó)家的顯微鏡制造完全克服了色差、球差等缺陷，成像質(zhì)量大大提高，但分辨率已達(dá)到0.2微米的理論極限，再要發(fā)展只能另辟新徑。

隨著量子力學(xué)的興起，科學(xué)家開(kāi)始認(rèn)識(shí)到電子具有波粒二象性，電子波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于光波的性質(zhì)成為提高顯微鏡分辨率的希望。

1931年，德國(guó)科學(xué)家、工程師魯斯卡（E.Ruska）與克諾爾（M.KnoH）一起制成了世界上首臺(tái)實(shí)用的電子顯微鏡，這是顯微鏡發(fā)展史上的里程碑。電子顯微鏡的問(wèn)世帶動(dòng)了電鏡制造、電鏡理論及應(yīng)用等多個(gè)研究領(lǐng)域興起和發(fā)展，當(dāng)時(shí)中國(guó)還沒(méi)有能力制造電子顯微鏡，但錢臨照等人一直對(duì)此密切關(guān)注。新中國(guó)成立后，他們很快利用起進(jìn)口的電鏡從事應(yīng)用研究。當(dāng)時(shí)一些在海外從事電鏡領(lǐng)域研究的學(xué)者，歸國(guó)后也成為我國(guó)研制電子顯微鏡的中堅(jiān)力量。

1956年，中國(guó)制定十二年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃。王大珩、錢臨照等人組成儀器規(guī)劃小組，小組提出研制電子顯微鏡，蘇聯(lián)顧問(wèn)卻認(rèn)為難度太大，建議不要列人規(guī)劃。1958年中國(guó)科學(xué)院規(guī)劃了許多趕超世界先進(jìn)水平的項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)長(zhǎng)春光機(jī)所有意研制電子顯微鏡，考慮到基礎(chǔ)薄弱，計(jì)劃先派人去民主德國(guó)學(xué)習(xí)。

正巧，1957年在聯(lián)邦德國(guó)蒂賓根大學(xué)獲博士學(xué)位的青年科學(xué)家黃蘭友回國(guó)，被分配到中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所，他一直從事電子顯微鏡的研究工作。黃蘭友受大躍進(jìn)形勢(shì)的鼓舞，大膽提出制造電子顯微鏡，立即受到上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的支持。1958年4月，他到長(zhǎng)春光機(jī)所協(xié)商。光機(jī)所同意立即上馬。黃蘭友原本打算用兩到三年時(shí)間進(jìn)行研制，當(dāng)聽(tīng)說(shuō)幾個(gè)月內(nèi)就要造出來(lái)并列為國(guó)慶獻(xiàn)禮項(xiàng)目時(shí)，他大吃一驚。然而，在看了光機(jī)所的設(shè)備并與技術(shù)人員討論后，黃蘭友終于被說(shuō)服。為穩(wěn)妥起見(jiàn)，他提出最好用一臺(tái)比較先進(jìn)的電鏡做參考，結(jié)果第二天就被告知，科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)把一臺(tái)新引進(jìn)的電子顯微鏡借他們用。

很快，以黃蘭友為首建起一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，他們先對(duì)新引進(jìn)的電子顯微鏡的電子光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。推算出幾個(gè)透鏡的線圈匝數(shù)和磁路參數(shù)，并對(duì)加工精度和電源的穩(wěn)定度、紋波等做了計(jì)算，然后將計(jì)算結(jié)果交給其他專業(yè)室去采購(gòu)器材和加工零件。黃蘭友團(tuán)隊(duì)同時(shí)也開(kāi)始制作光闌、真空檢漏、熒光屏等。1950年代即二戰(zhàn)后，黃蘭友在蒂賓根大學(xué)條件并不好的實(shí)驗(yàn)室里學(xué)會(huì)了用針尖扎光闌，用土辦法檢漏，他的這些辦法在上述器件的研制中發(fā)揮了重要作用。夜以繼日的艱苦奮斗，各方面高度協(xié)調(diào)，不到三個(gè)月時(shí)間研制（確切說(shuō)是仿制）成功電子顯微鏡。

1958年11月，長(zhǎng)春光機(jī)所決定趁勢(shì)而進(jìn)，自行設(shè)計(jì)研制大型電鏡，總體參考西門子公司的Elmiskop I型電子顯微鏡樣本，采用電子槍、雙聚光鏡、物鏡、中間鏡及投影鏡構(gòu)成的電子光學(xué)系統(tǒng)。攻堅(jiān)項(xiàng)目由黃蘭友負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)，姚駿恩任課題負(fù)責(zé)人。設(shè)計(jì)時(shí)力求實(shí)現(xiàn)最高的理論分辨率，主要設(shè)計(jì)參數(shù)為加速電壓100千伏，理論分辨本領(lǐng)0.2納米。經(jīng)過(guò)10個(gè)月的奮戰(zhàn)，終于在1959年9月制成樣機(jī)，分辨本領(lǐng)優(yōu)于2.5納米，放大倍數(shù)為10萬(wàn)倍。國(guó)慶十周年前夕，電鏡由專人運(yùn)至北京展覽館，作為重大科技成果之一展出。國(guó)慶十周年慶典游行時(shí)，排在科學(xué)院方隊(duì)前的就是這臺(tái)電子顯微鏡的巨大模型。此項(xiàng)成果后被國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)選為“中華人民共和國(guó)四十年重大科學(xué)技術(shù)成就”。

1960年，長(zhǎng)春光機(jī)所把中型電鏡移交給南京教學(xué)儀器廠生產(chǎn)，把大型電鏡交給上海精密醫(yī)療機(jī)械廠生產(chǎn)，由此促進(jìn)了其他科研機(jī)構(gòu)進(jìn)一步研制電鏡。

研制掃描隧道顯微鏡

1980年代，掃描隧道顯微鏡（scanning tunneling microscope，STM）問(wèn)世，其分辨率已在納米尺度以下，這是顯微鏡發(fā)展史上的另一個(gè)里程碑。其基本原理是，一個(gè)原子線度的針尖在距離試樣表面十分之幾納米的高度對(duì)試樣表面掃描，當(dāng)兩者之間施加一定的電壓時(shí)，由于量子隧道效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生掃描隧道電流信號(hào)，進(jìn)而獲得反映試樣表面原子形態(tài)和原子排列或其結(jié)構(gòu)的圖像。

改革開(kāi)放為中國(guó)科學(xué)的騰飛插上翅膀，中國(guó)電鏡研究瞄準(zhǔn)了世界先進(jìn)水平。中國(guó)科學(xué)院于1986年12月成立STM研制小組。1987年3月，課題組負(fù)責(zé)人姚駿恩訪美調(diào)研，4月確定設(shè)計(jì)方案，7月姚駿恩再次去美參加第二屆STM國(guó)際會(huì)議，并邀在美學(xué)習(xí)的白春禮于11月初回國(guó)，參加STM的調(diào)試。STM儀器采用厚、薄彈簧片微位移機(jī)構(gòu)，其最小位移量為數(shù)十納米，粗調(diào)量達(dá)十余納米，這樣的結(jié)構(gòu)解決了試樣與針尖間的粗細(xì)和微調(diào)問(wèn)題；壓電陶瓷管用作三維掃描和控制器件；曲率半徑為0.1微米左右的針尖采用腐蝕法制備；懸掛式鋼板和橡膠墊組成的多級(jí)防震臺(tái)屏蔽了外界電磁場(chǎng)及氣流的干擾，并解決了反饋電子線路等技術(shù)難題。11月18日深夜。北京科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)自行研制的STM在國(guó)內(nèi)首次獲得高定向石墨表面原子圖像?！度嗣袢?qǐng)?bào)》12月22日在頭版以“我國(guó)制成新型掃描隧道顯微鏡”為題進(jìn)行了報(bào)道。

之后，國(guó)內(nèi)許多單位或獨(dú)立或合作也加緊研制隧道顯微鏡。例如，清華大學(xué)現(xiàn)代應(yīng)用物理系于1990年研制成QH-1型全自動(dòng)、大范圍、袖珍型STM。全部操作由計(jì)算機(jī)控制，有圖像處理功能，分辨率達(dá)到原子級(jí)。中科院化學(xué)所白春禮團(tuán)隊(duì)歷時(shí)兩年，在1990年研制成功國(guó)內(nèi)首臺(tái)原子力顯微鏡，該項(xiàng)成果1991年獲中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，1992年獲國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

在1990年代中期，中國(guó)的顯微鏡研制已處于緊追甚至部分達(dá)到世界先進(jìn)水平的階段，特別是STM研究已有不少優(yōu)秀成果?；谥袊?guó)STM研究領(lǐng)域的積累，1995年8月，第七屆STM國(guó)際會(huì)議在中國(guó)北京舉辦，這是STM國(guó)際會(huì)議首次在中國(guó)召開(kāi)，400多位STM專家出席了大會(huì)。

利用顯微鏡所做的重要探索

中國(guó)科學(xué)家真正利用顯微鏡從事高水平的研究是在新中國(guó)建立后，特別是1980年代之后。這些研究在學(xué)術(shù)上都具有重要的意義。

位錯(cuò)觀察與研究

位錯(cuò)理論1930年代發(fā)源于英國(guó)，成熟于1940年代末。1956年，劍橋大學(xué)赫希（P.Hirsch）等人發(fā)表論文，論文里展示了電子顯微鏡中觀察到的位錯(cuò)圖像，其與1934年泰勒（G.I.Taylor）提出的位錯(cuò)理論模型一致，位錯(cuò)理論開(kāi)始得到國(guó)際學(xué)術(shù)界的廣泛重視。

早在1939年，錢臨照在昆明中國(guó)物理學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)上的報(bào)告就首次介紹了泰勒的位錯(cuò)理論。新中國(guó)成立后不久，錢臨照即開(kāi)展了位錯(cuò)方面的研究。這里有個(gè)小插曲，1949年南京解放，共產(chǎn)黨在接收南京交通部廣播電臺(tái)時(shí)意外發(fā)現(xiàn)一個(gè)尚未開(kāi)封的大箱子，打開(kāi)看是一臺(tái)嶄新的儀器，但無(wú)人能識(shí)此為何物。錢臨照聞?dòng)嵟扇粟s往查看，驚喜地發(fā)現(xiàn)這是一臺(tái)英國(guó)MetropolitanVickers公司制造的EM/1M型電子顯微鏡。它即為新中國(guó)擁有的第一臺(tái)透射電子顯微鏡。1950年代初，民主德國(guó)總統(tǒng)送了一臺(tái)蔡司公司制造的C型電子顯微鏡給毛主席。這兩臺(tái)電鏡的分辨率都在10納米左右，都?xì)w入中國(guó)科學(xué)院物理所。錢臨照等人利用這兩臺(tái)儀器展開(kāi)晶體塑性變形的研究。1955年，錢臨照與合作者發(fā)表“鋁單晶體滑移的電子顯微鏡觀察”一文，并于1956年11月在東京召開(kāi)的第一屆亞太電子顯微學(xué)會(huì)大會(huì)上宣讀。1959年，錢臨照開(kāi)始在物理所講授位錯(cuò)理論，他與同事合寫的“晶體位錯(cuò)理論基礎(chǔ)”和“晶體中位錯(cuò)的觀察”等文收入《晶體缺陷和金屬?gòu)?qiáng)度》一書。錢臨照的這些工作令位錯(cuò)理論在中國(guó)扎根。并促進(jìn)了電子顯微學(xué)在中國(guó)的發(fā)展。

準(zhǔn)晶的發(fā)現(xiàn)

1982年，以色列工學(xué)院材料科學(xué)系的謝赫特曼（D.Shechtman）在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局做訪問(wèn)研究。4月，他在研究急冷鋁一錳合金時(shí)所拍攝到的電子衍射譜出乎他的意料，衍射譜所對(duì)應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)是五重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性（旋轉(zhuǎn)72?？芍貜?fù)同一結(jié)構(gòu)）。在排除該晶體為孿晶的可能性后，謝赫特曼腦中開(kāi)始形成準(zhǔn)晶的概念。1984年11月，謝赫特曼等人發(fā)表論文，明確一種新晶體結(jié)構(gòu)——準(zhǔn)晶的存在。準(zhǔn)晶引起科學(xué)界的高度關(guān)注，并因與傳統(tǒng)晶體學(xué)相抵觸引來(lái)很大的爭(zhēng)論。中國(guó)材料科學(xué)家、電子顯微學(xué)家郭可信領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)從1985年起連續(xù)出擊，以強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持了準(zhǔn)晶學(xué)說(shuō)。

郭可信1946年畢業(yè)于浙江大學(xué)化工系，同年赴瑞典斯德哥爾摩皇家理工學(xué)院深造，系統(tǒng)學(xué)習(xí)了X射線晶體學(xué)。他1956年回國(guó)，到中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)金屬研究所工作。1983年，郭可信帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)利用新引進(jìn)的電子顯微鏡展開(kāi)研究。1984年夏天，團(tuán)隊(duì)的葉恒強(qiáng)等人在鎳基和鐵基高溫合金中發(fā)現(xiàn)了四面體密堆相的疇結(jié)構(gòu)，進(jìn)而又在該合金中發(fā)現(xiàn)一個(gè)新相，其電子衍射中有10個(gè)五重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的斑點(diǎn)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，電子衍射譜中所有斑點(diǎn)都具有五重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，使得整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)準(zhǔn)周期性。年底，謝赫特曼等人發(fā)表的關(guān)于鋁一錳合金中準(zhǔn)晶的論文傳到中國(guó)時(shí)，郭可信團(tuán)隊(duì)馬上意識(shí)到，正在研究的Ti2Ni中的準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)與謝赫特曼等人所報(bào)告的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)完全相同。很快，郭可信團(tuán)隊(duì)的兩篇論文于1985年發(fā)表在同一期的Philosophical Magazine A上，兩篇論文分別報(bào)告了鈦一鎳（Ti-Ni）合金中的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)和鋯一鎳（Zr-Ni）合金中的五重孿晶結(jié)構(gòu)，高分辨顯微像清晰地顯示了準(zhǔn)晶與孿晶兩者的差別，由此證明準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)的存在。郭可信因完全獨(dú)立并與謝赫特曼等人幾乎同期的工作而被公認(rèn)為是準(zhǔn)晶的發(fā)現(xiàn)者之一，中國(guó)的準(zhǔn)晶研究由此走在了世界前沿。2011年，謝赫特曼因發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶獨(dú)享諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。郭可信院士因病于2006年去世，無(wú)緣殊榮。

原子操縱

1990年，美國(guó)IBM公司的艾格勒（D.Eigler）與同事成功地將鎳金屬表面上的35個(gè)氙原子精確排列出“IBM”字樣，這是人類有史以來(lái)第一次按照意愿移動(dòng)原子。

中國(guó)科學(xué)家在原子操縱方面急起直追。1994年，中國(guó)科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室利用STM在si（111）7x7表面移動(dòng)原子，寫出“中國(guó)”“100”的字樣。特別需要指出的是，此前IBM公司的研究小組、日本科學(xué)技術(shù)廳的研究小組分別是利用電壓脈沖法在Si（111）7×7表面實(shí)現(xiàn)單原子操縱，這種操縱方法速率和成功率都較低。而中國(guó)的科研人員探索出一種稱為低偏壓大隧道電力的原子操縱方法，這種方法不僅能進(jìn)行單原子操縱，還可進(jìn)行原子群體操縱，從而提高了操縱速率，可快速地將原子從樣品表面上提出形成特定的原子級(jí)結(jié)構(gòu)圖樣。

此外，中國(guó)利用電子顯微鏡在生物學(xué)研究方面也取得重要成果，如蛋白質(zhì)電子晶體學(xué)、含水冷凍電子顯微術(shù)與生物大分子三維重構(gòu)等，茲不一一列述。

中國(guó)電子顯微鏡人才的成長(zhǎng)

伴隨著電子顯微鏡的研制和應(yīng)用，中國(guó)一大批本土科學(xué)家成長(zhǎng)起來(lái)。

姚駿恩1932年生于上海，1949年考入大連大學(xué)應(yīng)用物理系，畢業(yè)分配到長(zhǎng)春光機(jī)所工作。1958年9月，姚駿恩受命出任電子顯微鏡研制小組組長(zhǎng)。他熟悉磁路設(shè)計(jì)，又有相關(guān)的光學(xué)知識(shí)和英、德、俄語(yǔ)的閱讀能力，他參考國(guó)外文獻(xiàn)和當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的德國(guó)電子顯微鏡樣本。經(jīng)過(guò)奮戰(zhàn)，1959年9月，他與同事研制成我國(guó)第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)的XD-100型電子顯微鏡。這項(xiàng)成果被視為中國(guó)儀器儀表行業(yè)從仿制轉(zhuǎn)向自行設(shè)計(jì)制造的標(biāo)志。此后，姚駿恩在國(guó)內(nèi)推廣電子顯微鏡設(shè)計(jì)制造技術(shù)；1964-1965年完成高分辨透射電子顯微鏡；1973-1975年參加完成我國(guó)第一臺(tái)掃描電子顯微鏡；1987-1988年率先在國(guó)內(nèi)提出并主持完成掃描隧道顯微鏡的研制和生產(chǎn)；1991-1993年提出并主持完成我國(guó)第一臺(tái)超分辨光子掃描隧道顯微鏡，主持研制原子力顯微鏡。2001年，姚駿恩當(dāng)選為中國(guó)工程院院士。

郭可信團(tuán)隊(duì)中的兩名重要成員葉恒強(qiáng)和張澤，都由學(xué)生成長(zhǎng)為中國(guó)電鏡學(xué)科的領(lǐng)軍人物。葉恒強(qiáng)1940年生于香港，1963年畢業(yè)于北京鋼鐵學(xué)院物理化學(xué)系。之后到中國(guó)科學(xué)院金屬研究所讀研究生，在郭可信的指導(dǎo)下從事晶體缺陷的電子衍射襯度像的研究，研究生畢業(yè)留所工作。1986年，他晉升為研究員，1991年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院技術(shù)科學(xué)部院士，1998-2001年任中國(guó)科學(xué)院金屬所所長(zhǎng)。張澤1953年生于天津，1980年畢業(yè)于吉林大學(xué)物理系，之后進(jìn)入中國(guó)科學(xué)院金屬研究所，師從郭可信從事晶體物理學(xué)研究。張澤先后于1983年、1987年獲碩士和博士學(xué)位，1990年晉升為研究員，2001年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士，2012年被推選為新一屆亞太顯微學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)。

在新時(shí)期，中國(guó)電子顯微鏡人才的成長(zhǎng)呈現(xiàn)新的特點(diǎn)，或許再用“本土科學(xué)家”來(lái)描述已沒(méi)有多大意義。例如郭可信的不少弟子在獲得碩士或博士學(xué)位后，又由郭可信推薦去海外深造，他們中的一些人如今已是海外知名大學(xué)的教授或國(guó)際重要實(shí)驗(yàn)室的骨干。

在近代中國(guó)，“氣”“陰陽(yáng)”等思想觀念阻礙著國(guó)人對(duì)生物細(xì)胞、材料金相的觀察和深入認(rèn)知，加之工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，這或許就是為何顯微鏡傳入中國(guó)很早，但對(duì)其認(rèn)知、制造和科研使用嚴(yán)重滯后的原因。待一批科學(xué)家學(xué)成歸國(guó)，西方近代科學(xué)在中國(guó)深入扎根后，顯微鏡才被認(rèn)識(shí)到是科學(xué)研究的重要工具。顯微鏡在中國(guó)的發(fā)展，從一個(gè)方面反映了西方近代科學(xué)在中國(guó)的傳播、發(fā)展和中國(guó)科研融人世界的歷程，與之深刻關(guān)聯(lián)的是中國(guó)人思想觀念的改變，中國(guó)社會(huì)制度的變革。