發(fā)明史話結(jié)課論文

1、恩斯特奧古斯特弗里德里希魯斯卡恩斯特奧古斯特弗里德里希魯斯卡1906年12月25日一1988年5月27日)，德國物 理學(xué)家，電子顯微鏡的發(fā)明者， 1986年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。生平簡介恩斯特魯斯卡生于海德堡，是德國東方學(xué)家、科學(xué)歷史學(xué)家和教育家尤利烏斯魯斯 卡(Julius Ruska)的兒子，恩斯特魯斯卡的弟弟赫爾穆特魯斯卡(Helmut Ruska)是 德國醫(yī)生，也是電子顯微鏡的先驅(qū)之一。魯斯卡在海德堡讀完中學(xué)后，1925年起在慕尼黑工 業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)電子學(xué)， 1927年轉(zhuǎn)到柏林工業(yè)大學(xué)， 1933年完成論文關(guān)于電子顯微鏡的磁性鏡 頭(Uber ein magnetisches Objektiv

2、 fur das Elektronenmikroskop)并獲得博士頭銜。由于電子顯微鏡的商業(yè)化開發(fā)不是大學(xué)研究所的任務(wù)，研究所的儀器也無法達(dá)到這個(gè)要 求，魯斯卡開始在電子光學(xué)的工業(yè)界尋求新的發(fā)展。他于1933年至1937年在柏林電視機(jī)股 份公司(Berliner Fernseh AG)的研發(fā)部門工作，負(fù)責(zé)電視機(jī)接收發(fā)送管和帶二級放大器的 光電池的開發(fā)。在此期間，他同博多馮博里斯(Bodo von Borries)開始試探性地開發(fā) 高分辨率的電子顯微鏡。 1936 年底1937 年初，他們在西門子公司的電子顯微鏡工業(yè)研發(fā)工 作實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，在柏林設(shè)立了電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室，并于1939年研發(fā)出了

3、第一臺能夠批量 生產(chǎn)的“西門子-超顯微鏡”。在研發(fā)“西門子-超顯微鏡”的同時(shí)，他和弟弟赫爾穆特魯斯卡及其同事開始了它的應(yīng) 用，尤其是在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域。為了使得它能夠迅速地使用在各個(gè)領(lǐng)域，他們建議西門子 公司建立一所電子顯微鏡研究所， 1940年建成后直至1944年底，這個(gè)研究所共發(fā)表了約200 篇不同專業(yè)領(lǐng)域的文章。二戰(zhàn)后，魯斯卡為西門子公司重建了在柏林的電子光學(xué)實(shí)驗(yàn)室，使得1949年起重新開始 生產(chǎn)電子顯微鏡，有超過1200家的各國研究所使用他們的產(chǎn)品。除此之外，魯斯卡開始更多 地在科學(xué)研究所工作，以加大對電子顯微鏡的物理學(xué)研究。 1947年8月至1948年12月在德 國科學(xué)學(xué)會醫(yī)學(xué)和生物

4、學(xué)研究所工作，1949年1月起接手馬克斯普朗克協(xié)會弗里茨哈伯 研究所(Fritz-Haber-Institut)的電子顯微鏡部門，直至1974年底退休，這個(gè)部門在1957 年成為獨(dú)立的電子顯微鏡研究所，并以魯斯卡的名字命名，魯斯卡也在此前的1955年辭去了 西門子公司的工作。1944 年魯斯卡在柏林工業(yè)大學(xué)獲得大學(xué)任教資格， 1949 年成為柏林自由大學(xué)的教授， 1959 年起也在柏林工業(yè)大學(xué)任教，直至 1971 年，教授電子光學(xué)基礎(chǔ)和電子顯微鏡技術(shù)，發(fā) 表科學(xué)文章超過100篇。1988年，恩斯特魯斯卡在柏林逝世，葬于其弟弟赫爾穆特魯斯卡在柏林的墓旁。主要成就魯斯卡是電子顯微鏡技術(shù)的開拓者之一

5、,1931年4月7日，他和馬克斯克諾爾(Max Knoll) 成功用磁性鏡頭制成第一臺二級電子光學(xué)放大鏡，實(shí)現(xiàn)了電子顯微鏡的技術(shù)原理，基于磁場 會因電子帶電而偏移的現(xiàn)象，使得通過鏡頭的電子射線能夠像光線一樣被聚焦，當(dāng)時(shí)被稱為 “超顯微鏡”。因?yàn)殡娮拥牟ㄩL遠(yuǎn)小于光線的波長，因此電子顯微鏡的分辨率明顯優(yōu)于光學(xué)顯 微鏡。魯斯卡與工程師博多馮博里斯一起完善了他的電子顯微鏡發(fā)明，1938年至1939 年起投入批量生產(chǎn)。所獲榮譽(yù)魯斯卡獲得過眾多的獎(jiǎng)項(xiàng)，是多個(gè)科學(xué)學(xué)會的榮譽(yù)會員。1970年被授予“保羅埃 爾利希和路德維希達(dá)姆施泰特獎(jiǎng) ”(Paul-Ehrlich-und-Ludwig-Darms taed

6、ter-Preis)。1986 年與掃描隧道顯微鏡的發(fā)明者格爾德賓寧和海因里希羅雷爾一同獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2005年 11月 24日起，柏林工業(yè)大學(xué)物理研究所的一座以魯斯卡的名字命名。第一臺掃描隧道顯微鏡恩斯特魯斯卡1906年12月25日生于德國巴登市海德堡。他的父親是柏林大學(xué)歷史學(xué) 教授1925年一1927年，恩斯特上中學(xué)時(shí)就喜歡工程，并在慕尼黑兩家公司學(xué)習(xí)電機(jī)工程。 后隨父到了柏林，1928年夏進(jìn)入柏林恰洛廷堡的柏林技術(shù)大學(xué)學(xué)習(xí)，在大學(xué)期間參加過高壓 實(shí)驗(yàn)室工作，從事陰極射線示波管的研究。從1929年開始，魯斯卡在組長克諾爾(M. Knoll) 的指導(dǎo)下進(jìn)行電子透鏡實(shí)驗(yàn)。這對魯斯卡的成

7、長很有益處。1928年1929年期間，魯斯卡在參與示波管技術(shù)研究工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了利用磁透鏡 和靜電透鏡使電子束聚焦成像的實(shí)驗(yàn)研究，證實(shí)在電子束照射下直徑為0. 3mm的光闌可以產(chǎn) 生低倍(1. 3倍)的像，并驗(yàn)證了透鏡成像公式。這就為創(chuàng)制電子顯微鏡奠定了基礎(chǔ)。1931 年，克諾爾和魯斯卡開始研制電子顯微鏡，他們用實(shí)驗(yàn)證明了為要獲得同樣的焦距， 使用包鐵殼的線圈，其安匝數(shù)要比不包鐵殼的線圈小得多。 1931 年4月一6月，他們采用二 級磁透鏡放大的電子顯微鏡獲得了歷倍的放大率。通過計(jì)算他們認(rèn)識到，根據(jù)德布羅意的物 質(zhì)波理論，電子波長比光波波長短5個(gè)數(shù)量級，電子顯微鏡可能實(shí)現(xiàn)更高的分辨率。他們

8、預(yù) 測未來的電子顯微鏡，當(dāng)加速電壓力75 kV，孔徑角為2x10-2弧度時(shí)，衍射限制的分辨率 將是 0.22mm.1932年一 1933年間，魯斯卡和合作者波里斯(Borries)進(jìn)一步研制了全金屬鏡體的電 子顯微鏡，采用包有鐵殼的磁線圈作為磁透鏡.為了使磁場更加集中，他們在磁線圈鐵殼空 氣間隙中鑲嵌非磁導(dǎo)體銅環(huán)，并將鐵碰上、下殼體內(nèi)腔的端部做成漏斗形(磁極靴)，使極靴 孔徑和間隙均減小到2mm，而且焦距減小到3mm。1932年3月，波里斯和魯斯卡將此項(xiàng)磁透 鏡成果申請了德國專利。1933年，魯斯卡在加速電壓75 kV下，運(yùn)用焦距為3 mm的磁透鏡獲得12 000倍放大率， 還安裝了聚光鏡可以

9、在高放大率下調(diào)節(jié)電子束亮度。他拍攝了分辨率優(yōu)于光學(xué)顯微鏡的鋁箔 和棉絲的照片，并試驗(yàn)采用薄試樣使電子束透射從而形成電子放大像。1934年魯斯卡以題為“電子顯微鏡的磁物鏡”學(xué)位論文獲得柏林技術(shù)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位。 1934 年一 1936 年，魯斯卡繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)電子顯微鏡的實(shí)驗(yàn)研究。采用聚光鏡以產(chǎn)生高電流 密度電子束來實(shí)現(xiàn)高倍放大率成像；采用物鏡和投影鏡二級放大成像系統(tǒng)?？墒牵?dāng)時(shí)他們 的發(fā)明并未立即獲得學(xué)術(shù)界和有關(guān)部門承認(rèn)，魯斯卡和波里斯努力說服人們，使他們相信可 能研制出性能超過光學(xué)顯微鏡的電子顯微鏡。他們多次到政府和工業(yè)研究部門以爭取財(cái)政支 持。經(jīng)過三年的奔走， 1937年春西門子一哈斯克公

10、司終于同意出資建立電子光學(xué)和電子顯微 學(xué)實(shí)驗(yàn)室。許多青年學(xué)者紛紛前來參加研究工作。恩斯特魯斯卡從1937年開始著手研制商品電子顯微鏡，1938年制成兩臺電子顯微鏡， 帶有聚光鏡，配以具有極靴的物鏡及投影鏡，備有更換樣品、底片的裝置，獲得 30 000 倍 放大率的圖像。恩斯特魯斯卡的弟弟哈爾墨特魯斯卡(Helmut Ruska)和其他醫(yī)學(xué)家立 刻用來研究噬菌體等，獲得很大的成功。 1939年西門子公司制造的第一臺商品電子顯微鏡終 于問世。同年，電子顯微鏡首次在萊比錫國際博覽會上展出，引起廣泛注意。1940年，在恩 斯特魯斯卡提議下，西門子一哈斯克公司將上述實(shí)驗(yàn)室發(fā)展為第一個(gè)電子顯微鏡開放實(shí)驗(yàn)

11、室，由哈爾墨特魯斯卡任主任。實(shí)驗(yàn)室裝備了四臺電子顯微鏡，接納各國學(xué)者前來做研究 工作，推動(dòng)了電子顯微鏡在金屬、生物、醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。在魯斯卡工作的影 響下，歐洲各國科學(xué)家先后也開始了電子顯微鏡的研究和制造工作。恩斯特魯斯卡及其合作者幾十年來孜孜不倦地為改進(jìn)電子顯微鏡辛勤工作，為現(xiàn)代科 學(xué)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。電子顯微鏡為人們觀察物質(zhì)微觀世界開辟了新的途徑。在 50年代 中期制成的中、高分辨率電子顯微鏡，能夠觀察晶體缺陷，促進(jìn)了固體物理、金屬物理和材 料科學(xué)的發(fā)展。在刀年代出現(xiàn)的超高分辨率電子顯微鏡使人們能夠直接觀察原子。這對于固 體物理、固體化學(xué)、固體電子學(xué)、材料科學(xué)、地質(zhì)礦物學(xué)和

12、分子生物學(xué)的發(fā)展起了巨大的推 動(dòng)作用。恩斯特魯斯卡在1986年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)后一年多于1988年5月27日在德國柏林去 世，他的一生完全貢獻(xiàn)給了電子顯微鏡事業(yè)。繼他之后，不僅有高壓電鏡和掃描電鏡問世， 而且還出現(xiàn)了另一種原理完全不同的顯微鏡，這就是 1982 年發(fā)明的掃描隧道顯微鏡(簡稱 STM)。掃描隧道顯微鏡是通向微觀世界的又一個(gè)有力武器。人物生平恩斯特魯斯卡生于海德堡，是德國東方學(xué)家、科學(xué)歷史學(xué)家和教育家尤利烏斯魯斯卡(Julius Ruska)的兒子，恩斯特魯斯卡的弟弟赫爾穆特魯斯卡(Helmut Ruska)是醫(yī) 生，也是電子顯微鏡的先驅(qū)之一。 魯斯卡在海德堡讀完中學(xué)后， 1925

13、 年起在慕尼黑工業(yè)大 學(xué)學(xué)習(xí)電子學(xué)，1927年轉(zhuǎn)到柏林工業(yè)大學(xué)，1933年完成論文關(guān)于電子顯微鏡的磁性鏡頭， 并獲得博士頭銜。 由于電子顯微鏡的商業(yè)化開發(fā)不是大學(xué)研究所的任務(wù)，研究所的儀器也無 法達(dá)到這個(gè)要求，魯斯卡開始在電子光學(xué)的工業(yè)界尋求新的發(fā)展。他于1933年至1937年在 柏林電視機(jī)股份公司(Berliner Fernseh AG )的研發(fā)部門工作，負(fù)責(zé)電視機(jī)接收發(fā)送管和帶 二級放大器的光電池的開發(fā)。在此期間，他同博多馮博里斯(Bodo von Borries)開始 試探性地開發(fā)高分辨率的電子顯微鏡。 1936年底1937年初，他們在西門子公司的電子顯微 鏡工業(yè)研發(fā)工作實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，

14、在柏林設(shè)立了電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室，并于1939年研發(fā)出了第 一臺能夠批量生產(chǎn)的“西門子-超顯微鏡”。 在研發(fā)“西門子-超顯微鏡”的同時(shí)，他和弟弟 赫爾穆特魯斯卡及其同事開始了它的應(yīng)用，尤其是在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域。為了使得它能夠 迅速地使用在各個(gè)領(lǐng)域，他們建議西門子公司建立一所電子顯微鏡研究所， 1940年建成后直 至1944年底，這個(gè)研究所共發(fā)表了約200篇不同專業(yè)領(lǐng)域的文章。 二戰(zhàn)后，魯斯卡為西門 子公司重建了在柏林的電子光學(xué)實(shí)驗(yàn)室，使得 1949 年起重新開始生產(chǎn)電子顯微鏡，有超過 1200家的各國研究所使用他們的產(chǎn)品。除此之外，魯斯卡開始更多地在科學(xué)研究所工作，以 加大對電子顯微鏡的物理學(xué)研究

15、。1947年8月至1948年12月在德國科學(xué)學(xué)會醫(yī)學(xué)和生物學(xué) 研究所工作，1949年1月起接手馬克斯普朗克協(xié)會弗里茨哈伯研究所(Fritz-Haber-Institut)的電子顯微鏡部門，直至1974年底退休，這個(gè)部門在1957年成 為獨(dú)立的電子顯微鏡研究所，并以魯斯卡的名字命名，魯斯卡也在此前的1955 年辭去了西門 子公司的工作。 1944 年魯斯卡在柏林工業(yè)大學(xué)獲得大學(xué)任教資格，1949 年成為柏林自由大 學(xué)的教授，1959 年起也在柏林工業(yè)大學(xué)任教，直至1971 年，教授電子光學(xué)基礎(chǔ)和電子顯微 鏡技術(shù)，發(fā)表科學(xué)文章超過100篇。1988年，恩斯特魯斯卡在柏林逝世，葬于其弟弟赫 爾穆特魯

16、斯卡在柏林的墓旁。主要成就魯斯卡是電子顯微鏡技術(shù)的開拓者之一，1931年4月7日，他和馬克斯克諾爾(Max Knoll) 成功用磁性鏡頭制成第一臺二級電子光學(xué)放大鏡，實(shí)現(xiàn)了電子顯微鏡的技術(shù)原理，基于磁場 會因電子帶電而偏移的現(xiàn)象，使得通過鏡頭的電子射線能夠像光線一樣被聚焦，當(dāng)時(shí)被稱為 “超顯微鏡”。因?yàn)殡娮拥牟ㄩL遠(yuǎn)小于光線的波長，因此電子顯微鏡的分辨率明顯優(yōu)于光學(xué)顯 微鏡。魯斯卡與工程師博多馮博里斯一起完善了他的電子顯微鏡發(fā)明，1938年至1939 年起投入批量生產(chǎn)。所獲榮譽(yù)魯斯卡獲得過眾多的獎(jiǎng)項(xiàng)，是多個(gè)科學(xué)學(xué)會的榮譽(yù)會員。1970年被授予“保羅埃爾利希 和路德維希達(dá)姆施泰特獎(jiǎng)”(Paul-E

17、hrlich-und-Ludwig-Darmstaedter-Preis)。1986 年與 掃描隧道顯微鏡的發(fā)明者格爾德賓寧和海因里希羅雷爾一同獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2005 年11 月 24日起，柏林工業(yè)大學(xué)物理研究所的一座以魯斯卡的名字命名。人物生平恩斯特魯斯卡生于海德堡，是德國東方學(xué)家、科學(xué)歷史學(xué)家和教育家尤利烏斯魯斯卡(Julius Ruska)的兒子，恩斯特魯斯卡的弟弟赫爾穆特魯斯卡(Helmut Ruska)是醫(yī) 生，也是電子顯微鏡的先驅(qū)之一。 魯斯卡在海德堡讀完中學(xué)后， 1925 年起在慕尼黑工業(yè)大 學(xué)學(xué)習(xí)電子學(xué)， 1927年轉(zhuǎn)到柏林工業(yè)大學(xué)， 1933年完成論文關(guān)于電子顯微鏡的

18、磁性鏡頭， 并獲得博士頭銜。 由于電子顯微鏡的商業(yè)化開發(fā)不是大學(xué)研究所的任務(wù)，研究所的儀器也無 法達(dá)到這個(gè)要求，魯斯卡開始在電子光學(xué)的工業(yè)界尋求新的發(fā)展。他于1933年至 1937年在 柏林電視機(jī)股份公司(Berliner Fernseh AG )的研發(fā)部門工作，負(fù)責(zé)電視機(jī)接收發(fā)送管和帶 二級放大器的光電池的開發(fā)。在此期間，他同博多馮博里斯(Bodo von Borries)開始 試探性地開發(fā)高分辨率的電子顯微鏡。 1936 年底 1937 年初，他們在西門子公司的電子顯微 鏡工業(yè)研發(fā)工作實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，在柏林設(shè)立了電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室，并于 1939年研發(fā)出了第 一臺能夠批量生產(chǎn)的“西門子-超顯

19、微鏡”。 在研發(fā)“西門子-超顯微鏡”的同時(shí)，他和弟弟 赫爾穆特魯斯卡及其同事開始了它的應(yīng)用，尤其是在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域。為了使得它能夠 迅速地使用在各個(gè)領(lǐng)域，他們建議西門子公司建立一所電子顯微鏡研究所， 1940 年建成后直 至1944年底，這個(gè)研究所共發(fā)表了約200篇不同專業(yè)領(lǐng)域的文章。 二戰(zhàn)后，魯斯卡為西門 子公司重建了在柏林的電子光學(xué)實(shí)驗(yàn)室，使得 1949 年起重新開始生產(chǎn)電子顯微鏡，有超過 1200 家的各國研究所使用他們的產(chǎn)品。除此之外，魯斯卡開始更多地在科學(xué)研究所工作，以 加大對電子顯微鏡的物理學(xué)研究。 1947年8 月至1948年12月在德國科學(xué)學(xué)會醫(yī)學(xué)和生物學(xué) 研 究 所 工 作 ， 1949 年 1 月 起 接 手 馬 克 斯 普 朗 克 協(xié) 會 弗 里 茨 哈 伯 研 究 所(Fritz-Haber-Insti