Digital Microscopy, Volume 81, Third Edition pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Academic Pr

作者:Greenfield Sluder

出品人:

页数:632

译者:

出版时间:2007-5

价格:150

装帧:HRD

isbn号码:9780123740250

丛书系列:

图书标签:

Digital Microscopy
Microscopy
Science
Technology
Imaging
Optics
Biology
Materials Science
Third Edition
Reference Work

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The previous edition of this book marked the shift in technology from video to digital camera use with microscope use in biological science. This new edition presents some of the optical fundamentals needed to provide a quality image to the digital camera. Specifically, it covers the fundamental geometric optics of finite- and infinity-corrected microscopes, develops the concepts of physical optics and Abbe's theory of image formation, presents the principles of Kohler illumination, and finally reviews the fundamentals of fluorescence and fluorescence microscopy. The second group of chapters deals with digital and video fundamentals: how digital and video cameras work, how to coordinate cameras with microscopes, how to deal with digital data, the fundamentals of image processing, and low light level cameras. The third group of chapters address some specialized areas of microscopy that allow sophisticated measurements of events in living cells that are below the optical limits of resolution.

* Expands coverage to include discussion of confocal microscopy not found in the previous edition * Includes "traps and pitfalls" as well as laboratory exercises to help illustrate methods

电子显微镜学，第 81 卷，第三版：内容概述（不含《Digital Microscopy, Volume 81, Third Edition》本身）本卷汇集了当前电子显微镜领域最前沿、最具影响力的研究成果和技术进展，旨在为材料科学、生命科学、纳米技术以及相关工程学科的研究人员和从业者提供一个全面且深入的知识平台。本卷的焦点在于探讨成像技术的突破、样品制备的创新、数据分析的量化方法，以及它们如何推动各个应用领域的发展。第一部分：高分辨率成像与探测技术的前沿本部分深入探讨了下一代电子显微镜（EM）系统的核心技术进展。 1. 球差校正技术的精进与应用深化：详细介绍了球差校正（Spherical Aberration Correction）技术在透射电子显微镜（TEM）中的最新发展。重点关注如何通过更精密的算法和硬件设计，将点对点分辨率推向亚埃级（sub-Angstrom）水平。讨论了这种分辨率提升对分析轻元素（如锂、硼）在复杂晶体结构中分布和键合结构带来的革命性影响。内容涵盖了如何校正和补偿高阶像差（如彗差和像散），以确保在更大视场内保持卓越的成像质量。 2. 低剂量成像与辐射损伤控制：面对生物大分子和敏感材料在电子束照射下极易发生损伤（radiolysis and knock-on damage）的难题，本部分着重介绍了实现高对比度和高信噪比（SNR）的低剂量成像策略。内容包括先进的图像处理技术，如并行采集和后处理算法（如非局部均值滤波、深度学习降噪），这些方法能够在最小化电子剂量的情况下重建出高质量的结构信息。同时，讨论了新型电子源（如低温电子枪）和探测器（如直接电子探测器，DED）如何提高量子效率，从而进一步降低电子束的损伤效应。 3. 扫描透射电子显微镜（STEM）的信号采集多样性：详细剖析了STEM模式下不同信号的物理机制及其应用。除了传统的高角度环形暗场（HAADF）和低角度环形暗场（LAADF）成像外，重点介绍了环形暗场光谱成像（Annular Dark-Field Spectroscopy Imaging, ADSI）的原理。这包括利用同步探测不同散射角度的信号，实现对原子尺度上电荷密度、轨道杂化和磁性信息的空间分辨分析。还包括对透射电子能量损失谱（EELS）在原子尺度上进行元素识别、化学价态确定以及电子态密度分析的最新技术突破。第二部分：原位（In-situ）电子显微分析的范式转变原位电子显微技术是理解动态过程的关键。本部分聚焦于如何将复杂的实验环境引入真空腔体，以实时观察材料在真实工作条件下的演变。 1. 电化学与电池研究的原位 TEM：深入探讨了用于电池和电容器研究的微流控/电化学枝晶（chip-based electrochemical cell）技术。重点分析了如何通过原位TEM观察固态电解质界面（SEI）的形成过程、锂枝晶的生长机制，以及电极材料在充放电循环过程中的体积变化和结构重构。详细描述了如何同步采集电化学数据（如电位、电流）与高分辨率TEM图像，实现对微观结构演变与宏观电化学性能的精确关联。 2. 反应性环境下的催化与薄膜生长：讨论了气体环境和液体环境原位TEM的最新进展。在气相反应中，如何设计高稳定性、高气体流量的加热/冷却组件，以实时观测催化剂表面活性位点的动态变化，例如氧化还原反应中的表面重构。在液相TEM方面，着重介绍了使用纳米流控池（nanofluidic cells）技术来观察纳米颗粒在溶液中的溶解、聚集或晶格生长过程，并强调了如何避免液体环境对高真空系统的污染和电子束相互作用的复杂性。 3. 机械性能的原位测试：介绍了新型微机电系统（MEMS）加载台的设计，这些加载台能够施加从皮牛到微牛级别的精确应力或应变。内容涵盖了如何利用同步采集的STEM图像和力-位移曲线，研究裂纹的萌生与扩展、位错的运动与交互作用，以及先进复合材料在极端载荷下的失效模式。第三部分：先进样品制备与三维重构高质量的样品是获得可靠电子显微图像的基础。本部分关注样品制备技术的自动化和高维度信息获取。 1. 聚焦离子束（FIB）技术的优化与自动化：详细介绍了双束FIB（例如采用Ga+或Xe+源）在制备电子透明薄膜方面的最新进展。重点在于如何通过人工智能辅助的图像识别和路径规划，实现对特定目标区域（如异质结界面、特定相边界）的自动识别和精确切割，从而极大提高了透射电镜样品的成功率和批处理能力。此外，探讨了非晶硅或惰性气体离子束（如Xe+）在减少样品损伤（如注入效应）方面的应用。 2. 电子断层扫描（ET）与三维重建：阐述了高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）层析成像技术在解析复杂三维结构中的应用。内容包括如何优化采集角度范围（特别是低角度采集）、如何进行高精度的图像对准（Alignment）和批处理，以及先进的重建算法（如基于张量分解和深度学习的迭代重建方法）如何提高三维数据的信噪比和空间分辨率。这些技术被广泛应用于病毒包膜、细胞器结构、多孔材料孔隙网络等复杂体系的解析。 3. 生物样品冷冻电镜（Cryo-EM）的数据处理：尽管Cryo-EM有其独立领域，但本部分从EM物理和数据处理的角度，探讨了其与传统TEM/STEM数据处理的共通性。重点放在高通量数据采集的质量控制、运动补偿技术（Beam-induced motion correction）、单粒子图像的分类（Classification）和三维重构的精度提升上。特别关注了在低信噪比条件下，如何利用结构生物学先验信息或深度学习模型来提高分辨率。第四部分：数据分析与人工智能的融合电子显微镜产生的数据量呈指数级增长，因此，高效且准确的数据解析方法成为瓶颈。 1. 基于深度学习的图像处理与分析：深入探讨了卷积神经网络（CNN）在电子显微镜数据处理中的多方面应用。包括：图像去噪与增强（显著提高低剂量图像质量）、结构分割（自动识别晶粒、缺陷或细胞器边界）、晶格缺陷自动识别与分类（如位错、堆垛层错的自动化识别）、以及特征点追踪（用于原位实验的运动分析）。强调了如何创建高质量的训练数据集以及模型泛化能力的问题。 2. 量子计算与电子显微镜模拟：探讨了利用第一性原理计算（DFT）和量子蒙特卡洛方法来模拟电子与物质的相互作用，从而精确解释实验中观察到的EELS和HAADF信号的物理意义。同时，展望了量子计算在加速复杂材料电子结构模拟方面的潜力，这将极大地提高结构解析与性质预测的准确性。 3. 高维数据可视化与交互：介绍了用于处理多变量（如STEM-EELS/EDS立方体数据）的先进可视化工具和人机交互界面。重点是如何有效地将空间信息（X, Y, Z）、能量信息（E）和衍射信息（k-space）整合在一个直观的三维或四维环境中，使用户能够快速发现潜在的物理关联。总而言之，本卷内容侧重于定量化、自动化和动态化这三大趋势，展示了电子显微镜如何从单纯的形貌观察工具，转变为能够提供精确、多尺度、多物理量信息的强大分析平台。