【摘要】 突破性低压透射电镜（LVEM）像差校正技术解析。深度优化六极校正器设计，实现20%分辨率提升，解决轻元素成像瓶颈。涵盖5-30kV能量优化模型、单色化关键技术及生物医学应用场景，推动桌面级电镜在病毒学研究、药物开发领域的革新应用。

像差校正原理虽在70年前被提出，但受限于技术条件长期未能实用化。早期校正器作为"概念验证"存在明显缺陷，而近年来机械精密制造与电子稳定性的提升，推动了校正技术在高性能电镜中的商业化应用。目前市面校正透射电镜多在100-200kV电压下工作，​低电压透射电镜（LVEM）​ 的像差校正技术仍处于关键研发阶段。

 

LVEM技术核心优势

采用5-30kV电子束的低压透射电子显微镜具备两大革命性特点：

1.大幅降低辐射损伤：对生物样品、高分子材料等敏感样本实现无损观测

2.​增强轻元素对比度：突破传统电镜对碳、氢等轻元素的成像瓶颈

 

关键技术突破

1.​能量优化模型

图1数据证实：特定像差系数组合存在最优加速电压点，该结论可直接从电压相关的像差积分推导。在LVEM低压区间内，肖特基发射与冷场发射源的选择显著影响色差校正效果。

图1 一组特定像差系数（LVEM 5）的最佳加速能量Cs 0:64 mm, Cc 0:89 mm, DE 0:6 eV。

2.​单色化关键技术

如图2所示，能量扩散降低可使优化孔径角提升40%，直接扩大近轴成像空间：

图2 型号参数Cs¼0:64 mm, Cc¼0:89 mm, E¼5 keV。

3.六极校正器创新设计

图3对比显示：经优化的校正系统（左）在极限孔径角内保持相移稳定，非常规系统（右）则出现临界失效：

图3 左:选择适当的系数后的相移行为（校正系统）。XðaÞ在孔径角的最大可能区间内保持在某一极限以下。右:如果系数选择不当或系统未进行校正，相移将超过（红点）已经具有较低a的极限。

桌面级LVEM工程实现

采用六极校正器设计的关键考量：

  • 简化结构适配桌面设备小型化需求
  • 磁透镜方案降低色差恶化（静电方案恶化率达300%）
  • 转移透镜焦距优化至15-30mm区间
  • 主柱长度压缩至140mm内

 

应用场景与市场价值

经像差校正的LVEM25系统可实现：

✅ 分辨率提升20%

✅ 病毒学样本直接成像（免染色）

✅ 病理切片原位分析

✅ 药物递送系统实时观测

当前研发聚焦于低压专用校正器集成，该技术将推动桌面电镜在生物医学、纳米材料领域的普及化应用。

 

参考文献：1.Bacovský, J., Aberration correction for low voltage optimized transmission electron microscopy. MethodsX 2018, 5, 1033-1047.

 

科学指南针充分发挥互联网技术和业务优势，在国内率先打造出业界领先的线上化、数字化的科研服务基础设施，在行业内首创用户自主下单、服务全流程追踪、测试“云现场”等模式，进一步提高了大型科学仪器设施开放共享和使用效率，以实际行动助力科技创新。现已发展成为中国专业科研服务引领者，已获得检验检测机构资质认定证书（CMA）、实验动物使用许可证、“ISO三体系认证”等专业认证。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。