由广州研制！我国首台国产场发射透射电镜“太行”诞生

由生物岛实验室领衔研制，拥有自主知识产权的首台国产商业场发射透射电子显微镜TH-F1201月20日在广州发布。这标志着我国已掌握透射电镜用的电子枪等核心技术，并具备量产透射电镜整机产品的能力。 透射电镜技术跨越多个学科、工程技术复杂、攻关难度大。经过三年多努力，中国科学家们完成了我国首台100%自主知识产权的120千伏场发射透射电镜的整机研制，实现了0.2nm分辨率的成像能力，达到了产品化的水平。 “这对于我国摆脱进口依赖、实现高水平科技自立自强具有重大意义。”中国科学士、生物岛实验室主任徐涛介绍，这将打破国内透射电镜100%依赖进口的局面，场发射透射电子显微镜将为我国在材料科学、生命科学、半导体工业等前沿科学及工业领域的高质量发展提供有力支撑。 打破国外垄断，挺起民族脊梁 透射电镜将人类的科研视角拓展到了纳米级，具有极高的行业垄断性与技术门槛，被誉为高端科学仪器皇冠上的“明珠”。据介绍，此前，我国透射电镜100%依赖进口，国产化尚属空白。2022年，我国进口透射电镜约300台，进口总额超30亿元，预计2022年至2028年期间，年复合增长率超5.8%。 生物岛实验室徐涛院士、孙飞研究员联合生理所在2016年启动透射电镜有关研究，并于2020年在生物岛实验室组建起一支体系完整的透射电镜研制工程技术团队。 “我们集合了有志于从事国产电镜自主研制的科学家和工程师。”孙飞介绍，其中既有来自国内外学界的科研人才，也有在产业界深耕扫描电子显微镜多年的领军人物，“大家都抱有同样的愿景，就是造出我们国家自己的透射电镜。” “我们成功走到今天，得益于生物岛实验室作为新型研发机构的特殊体制机制，保证了研发队伍的稳定。同时，科技部和广东省重点研发计划等项目的支持，保证了项目研制的可持续性。”孙飞说。 团队成立三年多以来，在科技部、国家自然科学基金委、广东省科技厅、广州市科技局的大力支持下，相关研发工作接连取得重大突破————先后成功研制120千伏场发射电子枪、120千伏低纹波高压电源、400万像素和1600万像素棱镜耦合CMOS电子探测相机、100万杂合像素直接电子探测相机等透射电镜心关键部件。 据悉，电子枪是透射电镜的“光源”，其作用是发射高能电子束照射到样品上，是透射电镜最为核心的部件之一。“将原本30千伏的电子枪技术提升到120千伏，需要解决电子源发射稳定性、高压真空打火等各种技术难题，团队通过不断摸索，解决了一些工艺上的难点，最终实现了场发射电子枪的稳定发射。”孙飞说。 最终，生物岛实验室与国内领先的科学仪器公司国仪量子联合成立广州慧炬科技有限公司，成功推出自主透射电镜技术的产业成果——首台商业化国产场发射电透射镜TH-F120。 据介绍，该电镜取名源自中华名山“太行”，寓意TH-F120将如太行山一样成为中国透射电镜产业的脊梁。 领先技术产业化，支撑高质量发展 “相比于进口的同级别产品，TH-F120的优势还是比较明显的。”广州慧炬科技有限公司总经理曹峰表示。 据了解，该电镜拥有自主研制的高亮度场发射电子枪，相比于同级进口产品的热发射电子枪，亮度更高，发射稳定性和相干性更优，匹配自主研制的电磁透镜系统，针对120kV成像平台特别优化电子光学设计，能带来更佳的图像衬度和分辨率。 此外，自主研制的高稳定性低纹波高压电源，能够保证电子枪稳定发射；自主研制的高像素CMOS相机，在低电子剂量的工况下仍可呈现丰富的样品细节。 场发射透射电镜在高端科研、产业发展应用广泛、意义重大。“新材料比如锂电材料的研究，必须用到透射电镜”。曹峰介绍，在生命科学研究领域，它可以看到蛋白质的生物结构；用在集成电路领域，可以实现半导体的缺陷检测；用在新材料领域，可开展锂电池的研发等等。 生物岛实验室是广东省首批省实验室之一。自成立至今，推动生物岛实验室优化整合力量，在广州本地政府提供的科研办公场地和系列服务保障政策等助力下，累计引进和培养科研人员1500余人，获批国家、省、市级纵向项目64项。加快成果转化、产业孵化和创新体系建设，不断培养高价值专利，与本地头部企业共建联合实验室、技术产业转化中心，累计孵化企业12家，其中4家估值已经超亿元。 【来 源：广州市科学技术局、生物岛实验室、南方日报、广州日报】