2024年已过半，几家欢乐几家忙碌，国产电镜之 “五胡十六国” 更新版（下之下 part2）

编者寄语：

2024年年初，我们曾盘点过国产电镜“五胡十六国”之形势，时隔半年，这个仪器设备制造业细分领域的形势已经变化纷呈，有的崛起诞生，有的中道崩殂；和历史上一样，这是一个炼狱般的时代，混乱值爆表，战乱频仍，生灵涂炭；这也是一个梦幻般的时代，精彩度冲天，风云迭起，英雄辈出；让我们一起来追寻他们近半年的路径和身影吧......

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上集文末我们说到了国产电镜产业圈崛起的上海“双纳”代理公司，这集我们就从其一的复纳科技说起；

复纳科技于2012年在上海创立，是国内老牌电镜代理，定位为工业、大学、研究所和政府提供开创性、可靠、高效和高科技的智能科学分析设备，以飞纳Phenom 台式扫描电镜为根基，致力引进世界先进的其他分析测试科学仪器装备，提供优质的产品、服务和核心技术解决方案，赋能科研创新、工业升级；

承接上集对X射线显微镜技术和产品的市场分析介绍，NEOSCAN高分辨台式显微 CT就是复纳精心挑选的XCT产品；除了这个极具眼光的布局，复纳其他的产品线也都依托其与欧洲电镜业界特有的联系加以引进，包括覆盖透射电镜关键模组的DENS solutions 原位样品杆，覆盖业界同时在整机性能指标和全方位解决方案上都排名第一的Phenom 飞纳台式扫描电镜，覆盖电镜制样关键工作流的Technoorg Linda 离子束抛磨和减薄仪器；在以高端精密小型化仪器覆盖科研端之后，复纳也用ForgeNano 原子层沉积ALD，和VSParticle 纳米气溶胶沉积系统覆盖了产业端的薄膜生长和沉积需求，形成架构稳定的产品线结构；

上海双纳都积极布局了离子束抛磨减薄仪器产品线，可见“所见略同：两家都看到了：国内离子束抛磨减薄仪2023年的整体年销量超过了400台；其中，电镜大厂配售此类设备是日电和日立两家；也由于对此类产品的布局优势，两家日系的离子束制样设备也卖的最好；

传统机械研磨会让样品表面边缘遭到破坏，同时还会产生残余应力，即消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力，无法获得样品表层纳米梯度强化层真实精准的原位力学性能，离子束研磨可以解决这个问题。

相比于机械研磨，离子研磨是使离子撞击材料表面，将它们的动能传递给样品表面原子，由于动量交换，原子获得足够能量逃逸出材料表面，从宏观角度来看即是“离子研磨”。

2023年各家离子抛磨和减薄仪的销量分别是: 日电Jeol约80台，日立 Hitachi约90台，微纳 fischione也名列第一在90台上下，老牌徕卡Leica microsystems约50台，另一老牌Gatan约20多台，复纳的 Technoorg linda 于2023年年中刚引进，到年底已卖了20多台，市场推广平稳后预计一年销量将在50台上下；

离子束研磨的新兴应用场景有对电池极片的抛光：锂电池电极材料极片的内部结构、极片孔隙度的测量，可以依据孔隙度判断锂电池材料的吸液性，进而判断锂电池材料的循环寿命。

离子束研磨还可用于芯片、LED等失效分析，以及纳米量子电子器件、亚波长光学结构，表面等离子元器件等应用的微纳加工。

按国内保有量已经过万台的电镜计算，离子束研磨及减薄设备在近五六年内已经发展成为在电镜制样工作流中近乎刚需的地位，仅新能源一项需求场景就有一个实验室至少一到两台的配置；加上传统的地质和半导体，此类需求更是应用广泛；新兴超级合金材料应用中的晶体界向工程Grain boundry实验室更是人手一台；

在这个细分领域中，国内厂家的江苏雷博Lebo，和北京的艾博智业也于2023年推出其离子束电镜制备仪器，业已售出不错的数量；


上海“双纳”中另外一家就是借助Gatan被收购的契机整编原科杨和Gatan的资源而成立的上海微纳；严格来讲，把微纳和复纳并列是不合适的，复纳是十二年品牌的老牌代理，微纳只是新晋新秀；这里将“上海双纳”置于同一场景，主要是因为两家都起源于上海，又都带一个纳米的“纳”字；

上海微纳国际贸易有限公司作为一家专注于电镜制样设备及扩展电镜功能原位及成像附件设备供应商，目前是美国 Fischione公司、Protochips公司、LatticeGear公司、IBSS公司，瑞士 Dectris公司的电镜产品线、CondenZero公司，英国 SPTLabtech公司、Quorum公司、Deben公司，德国 PNDetector公司、Point Electronic公司中国区总代理，负责以上产品在中国的推广、销售与售后服务；

与上海复纳的欧洲根基形成对比的是，微纳主要以美国生产或以美国为主要销售市场的各厂家为引进对象，而且由于对透射电镜的深入了解，微纳的产品线中比复纳多了不少TEM的附件和模组，形成了对比复纳更丰满的电镜产品线，这点是微纳对比复纳的优势；

同时我们也看到，在微纳这些几乎涵盖了电镜工作流上下游所有关键附件甚至模组的著名品牌中，似乎缺少像复纳产品线中涵盖的两款最具特色的整机类“压箱底”的成像和分析产品；

微纳总部位于上海，在北京、成都、武汉、深圳以及香港设有办事处，负责以上品牌产品在中国区域（含香港、澳门）地区的销售及售后服务，定位深耕电镜及相关行业，通过专业的售前售后服务，满足国内用户的需求。

在疫情后短短两年内，微纳不仅通过精心规划，得到了电镜工作流上下游诸多著名和先进品牌的代理权，形成了互为依托的自成一体的电镜解决方案产品线，而且建立了超过50人的国内团队保障其较长产品线的推广和售后；微纳在布局上前期规划不仅精妙，后期支撑跟进也非常专业和迅速，是一支国产电镜市场快速崛起的新星；

 

除了Fischione的各类离子束抛磨电镜制备产品，以及Protochips透射电镜原位样品杆系统，对比复纳，微纳对透射电镜相机厂家Dectris的选择极具眼光；

全球 TEM 相机的主要制造商包括 Gatan、EMSIS GmbH、Direct Electron、Thermo Fisher、Advanced Microscopy Techniques (AMT)、TVIPS 等。

2022 年，全球前五名企业的销售量份额约为 84.56%，而在 TEM 相机的收入方面，前五名企业的份额接近 88.43%。

2022 年，全球 TEM 相机市场规模为 1.4057 亿美元，预计到 2029 年，市场规模将重新调整为 2.6918 亿美元，2023-2029 年预测期间的复合年增长率为 9.38%。

美国 TEM 相机市场预计将从 2023 年的 3503 万美元增至 2029 年的 5913 万美元，2023-2029 年预测期内的复合年均增长率为 9.12%。

欧洲 TEM 相机市场预计将从 2023 年的 4323 万美元增至 2029 年的 7346 万美元，2023 年至 2029 年的年复合增长率为 9.24%。

中国的 TEM 相机市场预计将从 2023 年的 3475 万美元增至 2029 年的 6194 万美元，2023 年至 2029 年的年均复合增长率为 10.11 %。

我们知道，透射电镜相机的主要技术流派目前是CCD/CMOS+荧光层，直接电子MAPS，杂合像素HPD三种，或者将电子直读类相机包含MAPS和HPD，这样就形成了荧光类和直读类两大支的分类；

透射电镜相机的传统技术是以CCD为感光原件的荧光相机，趋势是被CMOS感光原件替代；现阶段透射电镜最贵的技术是冷冻电镜应用最多的电子直读相机MAPS，而杂合像素是最新也最具性价比平衡的技术和产品；HPD集和了传统和新兴相机的多种优势为一身，代表这一新兴技术的公司实体也是初创级别的公司；

HPD相机的发展和拓展趋势都非常广泛，除了传统的电子感光相机，可以兼容X射线成像，甚至中子计数成像，是相机传感技术和应用的未来；微纳科技选择这一技术路线的相机进行引进，可谓要站在巨人的肩膀上，尽沾技术进步的红利；

此次在美国Cleverland的 M&M展会中最忙碌的中国人的身影里，莫过于上海微纳的团队；为了弥补在成像整机产品线的空缺，微纳也即将引进另一新兴但具备深厚电子光学积淀的台式扫描电镜品牌进入国内，国内用户敬请期待；

提到台式电镜，从我在2007年第一次在沙特的KAUST接触上手一台FEI的Phenom-也就是今天大名鼎鼎的飞纳起，时至今日，已经对其为目前适应性最强的扫描电镜的产品定位和既得行业地位不能再认同了。

台式电镜的占地面积小，易于使用、精度高、出结果快，成本低，等这一系列优点，让其在这十几年的发展历程中大行其道，成为众多电镜应用场景的首选。

目前全球台式电镜的厂家有：飞纳Phenom  (Thermo Fisher)，日立Hitachi HiTec，日电JEOL，Hirox Europe，ROWACO (Sec)，Seron  Technology，Coxem，Pemtron，EMCRAFTS，ModuleSci，FusionScope，Phoenix，Delong  Instrument；

可以看出，韩国是个台式电镜最扎堆，技术路线非常重叠，且电子光学发展最停滞的地区；这个格局与其同出一个TOPCON“师门”的历史密切相关，这里说来话长我们且不赘述；

根据Global Info Research的最新研究，2022 年全球台式电子显微镜 Tabletop SEM 市场规模为 35.036 亿美元，预计到 2029 年将重新调整为 47.064 亿美元，期间的复合年增长率为 4.3%。

国际上，生命科学领域在2021年的台式电镜最终用途方面引领市场，预计在整个预测期内将继续保持领先地位；制药领域也以其对台式电镜的需求为该细分市场的巨大市场份额做出了贡献。北美主导了全球台式电镜市场，预计这一趋势将在整个预测期内持续下去。

国内台式电镜的主要增长点在新能源锂电检测行业；体积和成本的优势使得台式电镜不仅可以独立使用，更可以和手套箱形成集成的锂电材料和工艺的检测工作流，应用地位稳固；去年2023年，国内飞纳台式电镜有一半以上销量就出货至锂电检测实验室；

我们说，现代物理中的测试仪器，测试手段和技术的进步是应该包括硬件和软件两方面内涵的；对于实验数据的分析处理过程的实质，就是一个数据挖掘和整理的过程；

同透射电镜一道，扫描电镜取得了许多硬件的进展：如在物镜设计上，浸没式物镜和复合物镜，再搭配探测系统，如镜筒内探测器和减速模式的配合，最终在低加速电压高分辨成像上实现了质的飞跃；在能谱仪EDS技术上，硅漂移SDD探测器的广泛应用、平插式能谱仪和无窗式能谱仪的复出；在电子背散射衍射EBSD技术中，电子直读探测器崭露头角，TKD检测手段重回产品巅峰；

过去在功能型通用工具电镜的使用历程中，由于对理论认识、计算能力、算法处理水平的限制，使得实验中的一些有用的信息被白白浪费掉；在硬件发展到相对停滞的时间点后，软件及算法的短板越来越凸显，成为阻挡电镜进一步向着智能型电镜大趋势方向迈进的障碍；例如，现代生物冷冻电镜所取得的巨大突破，除了依靠电子直读探测器DeD、及低温速冻制样手段Cryo prep.的巨大改进之外，最大熵最大似然数据分析处理算法及软件研制的成功，也是绝对功不可没的因素；

功能型通用工具电镜的分辨率已进入亚纳米级，这在很大程度上归功于硬件的改进，如上面提到的更亮的场发射电子源，更强大的电子光学设计，如单色器、像差矫正、能量过滤和减速技术等，更高效的探测器，以及更好和稳定的真空、和更稳定的样品载台，等；毋庸置疑，分辨率提升的效果显而易见，但是也通常伴随着复杂性和成本的显著增加；这也是功能型的通用工具电镜发展到了不得不转向和改革的一个标志节点；

而智能型电镜的一项最根本的变革就是对系统软件和各类算法的倚重和借力；软件技术结合了算法功力倍增，可以提升电镜的分辨率，降低对硬件和成本的要求，来自于半导体和计算机技术的提升也使得硬件的计算能力大幅提高，基于软件加算法的手段也比过去更为实用；例如：改善点扩散函数并结合去卷积的算法，就可以提高各类信号如背散射电子、二次电子和透射电子图像的分辨率和质量，同时还能将像散和离焦的图像进行修复；

加上，电镜图像是以数字化形式处理和存储的，我们还可以借助数字图像处理算法为图像降噪；光镜和透射电镜的点扩散函数受影响因素较少，我们可以较简单地从成像过程的物理定律中将其算出；但在扫描电镜中，由于电子在样品内部的多次散射，确定点扩展函数的困难很大；文献中的成功应用目前较少地局限在形貌和成分分析这些较为简单的样品检测中；现在图像修复的应用案例也比较少，电镜图像修复的算法较繁琐，还需要很大的提升；

对于电子束敏感样品、连续切片后三维重构成像等，同时需要高速和高分辨率的应用，结合机器学习，智能型电镜完全可以降低在高分辨成像时对电镜束斑尺寸、成像驻留时间、及其它对硬件的要求，拓展扫描电镜数据、图像、扫描方式处理等领域的新思路，发挥算法在及其小范围内应用效果强的优势，这样，我们得到高速和高分辨兼得的图像的规划可行型是非常高的；

扫描电镜的图片、EDS的谱图和EBSD的衍射花样都是数字化的，即可以在线处理，也可以线下处理；配合各种图像处理和测量工具，使得扫描电镜的跨模态拓展功能更为强大；电镜同仁们不难发现，在硬件发展到一定水平后，软件及算法已经成为现代测试技术最有可能进步和发展的那块木板；

紧随着硬件水平、计算能力、大数据和人工智能完成了阶段性的跨越，伴随着在扫描成像、EDS和EBSD应用上，诸如多元分析和压缩感知等软件和算法的进步，硬件与软件结合正在积极实现更高精度、更高速的表征，使得扫描电镜越发智能化和易用化；

优秀的算法可以降低对硬件的要求，也可以减少设置参数时无奈的折衷，同时可以加快分析的速度和/或准确性，最终实现更高质量、更高通量的表征；伴随着人工智能、数据存储和计算能力的进步，这些算法上的有效性会越发明显，很多处于研究阶段的算法也眼见着更快地投入商用化了；

扫描电镜中的成像假象，如荷电、电子束损伤、表面污染和样品漂移，许多跟电子束剂量相关，且损坏程度与样品中沉积的能量成正比；对于电子束敏感样品，使用增加电子束剂量的方式，如增长驻留时间和加大束流，会使得这些成像假象变得愈发明显；

然而在另一方面，为了增加信噪比和降低衬度的阈值，又难以避免增加束流或延长驻留时间；对于大部分样品扫描电镜成像而言，每个像素点的有效驻留时间在纳秒到微秒量级，对电子束剂量也不是很敏感；而对薄样品、电子束敏感样品、连续切片的三维成像或大视野成像，对剂量就会比较敏感，通常要在扫描速度和信噪比之间进行折衷和妥协；

在EDS谱元素面分布图中，记录了完整的谱学数据库，每个像素上都包括一张完整的谱图，包含了成千上万的X射线计数；再考虑图片本身的像素尺寸，一张谱面分布图需要巨量的X射线计数；可想而知，通常的谱面分布图会耗费大量的时间；对于大面积成像以及电子束敏感样品，采谱时间、束流、像素尺寸必然面向电子束损伤、漂移等因素折衷，以及面对向硬件、成本和效果的折衷；

在这样复杂化和规模化程度的应用场景中，扫描图像包含的信息是电镜条件，如会聚角、检测器选择，和电子束与样品相互作用的卷积，再加上每个数据点上的EDS谱学信息，和EBSD衍射信息，这些海量数据及其叠加的规模和复杂性，非常令人头疼，但却非常适用于给大数据和机器学习的算法“喂食”；

对于EDS，有研究指出基于动态稀疏采样和卷积神经网络进行图像修复，可以在快速且减少电子束损伤的情况下采集高质量的面分布图；对于EBSD，采用静态稀疏采样和重构算法，也可以大幅节省采集时间，并减少电子束剂量；压缩感知算法，在其他表征技术领域也获得大量的关注，例如在扫描透射电镜STEM的应用，在三维成像、叠层扫描和其他谱学手段如XPS和EELS的应用等；

多元统计分析算法Multivariate statistical analysis，MSA，可以对日益庞大和复杂的数据集进行分析；通过揭示更好、更简单地描述数据的隐藏变量，或通过识别数据中的群组，MSA可以提取数据中最有用的信息，并且在减少数据总量的同时提高数据的质量；

另一方面，这些数据中存在大量的冗余：有限的元素且会聚集成有限的物相；对于每个像素上的谱图，谱峰也是有限的，充斥着大量的背底；以上种种，我们都可以使用算法对这些数据进行归纳总结；利用数据冗余，使用合适的算法，将相似信号求和，比如将相似的谱图组合在一起，形成具有个体综合统计信息的总谱图，从而在缩短数据采集时间的同时，也实现降噪的功能；

伴随着人工智能的进展，我们更可以结合算法，进行更高速度的面分布成像；除了上面基于压缩感知的算法外，多元统计分析，或其中最常用的主成分分析Principal component analysis，PCA算法，也广泛应用于优化对谱学数据的处理当中；多元分析算法，可以显著缩短数据采集时间，并实现降噪的目的，非常适用于高速的面分布采集。

2007年6月，乔布斯的第一代苹果手机在美国正式发售；苹果的触摸屏放弃使用电阻屏，而改用电容屏，这种屏具有多点触摸功能；而且由于电容屏比电阻屏的灵敏度要高很多，使得用虚拟键盘也可以快速打字，实体键盘不再是手机必不可少的东西；当苹果在2008年发行第三代iPhone，祭出了“应用商店”Apple stroe这个大杀器，为第三方提供设计需要的标准和支持时，所有的开发者都开始倒戈了；2013年，是智能手机发展史上里程碑式的一年，这一年全球智能手机出货量首次超过功能机；

回顾手机的市场兴衰，不难看出，全触屏手机与应用商店的组合，是决定了智能手机兴亡的那个关键之所在。

回到新一代智能型电镜，它将会是极易操作的用户界面UI软件、丰富的应用端延申软件、和各类人工智能驱动的图像算法占据主要产品开发方向的产物，电镜硬件开发的时代已经基本告一段落，软算一体化的成熟开发已经是进口电镜仍然比国产电镜“好用”一代的基本标志；

飞纳电镜在2024年八月的最新发布就向我们展示了现今扫描电镜智能化通用型综合应用的未来，代表了现今全球扫描电镜通用型综合应用的最高水准，对工作室来讲，符合现今对准智能型扫描电镜的几乎所有期待；飞纳电镜在软算和应用端的深度开发和软硬整合，特别值得我们国产电镜消化学习。

工作室在结束了在美国M&M展会的学习后，现又至丹麦哥本哈根EMC2024展会继续感悟电镜的最新发展；今天在展会现场也见到赛默飞带来的正在安装的APREO场发射扫描电镜，也被赋予了ChemiSEM的能谱一体化功能；

赛默飞自第一代ColorSEM拉手自家品牌Noran，到携手AmpTek将能谱“正式”并入扫描电镜标配升级至第二代叫 ChemiSEM；从将ChemiSEM 只配置于Axia 钨灯丝扫描电镜，到配置于Phenom 台式电镜，再到也配置于Apreo 场发射系列，业界可以预见，未来的智能型扫描电镜，也会和智能手机横空出世一样，自带“应用商店”，将是得软算者得人心，得应用端者得天下的时代。

时间到了2024年八月中旬，可以量产的商业化国产电镜格局基本定型为两强：即国仪量子和中科科仪的局势；同时我们还看到，中科院电工所虽然承接了国产电子束设备产业化的大旗，除了热衷充当国产电镜官方“话事人”的角色，以“是不是国产我说了算”的裁判角色积极出现在各个涉及国产电镜的活动中外，业界已经久久都没有看到电工所本身做出的产业化落地和开发的些许成绩了；电工所传承的这面“国产电镜产业化”的大旗，似乎已经打错了方向；

从国仪和科仪及电工所开发自主国产电镜的脚步中，我们看到科研院所背景和企业背景在科研经费投入相差不多的情况下，研发成果却呈现出天壤之别；

可以说，高端仪器开发经费的投入虽然重要，但远不是决定研发成果的唯一因素。在研发过程中，人才、机制、管理等多个方面都会起到关键作用。

对比以国仪和科仪及电工所为代表的国产电镜开发历程并分析其所以然，首当其冲在人才战略上，企业明显更胜一筹；

企业更加注重人才的培养和引进，人才是企业最宝贵的财富。企业可以在全球范围内招聘优秀的科研人员，为他们提供优厚的待遇和良好的工作环境。同时，企业还通过建立内部培训机制，不断提升员工的技能和素质。

相比之下，科研院所在人才战略上就显得有些保守；虽然也拥有大量优秀的科研人员，但在吸引和留住顶尖人才方面，却不如企业那么有竞争力。

其二在创新机制上，企业明显更加灵活；

企业在创新机制上采取了更加灵活的策略。企业鼓励员工提出新的想法和方案，允许失败，并且鼓励员工之间进行交流和合作。这种开放、包容的创新氛围，使得企业能够快速响应市场变化，抓住创新机遇。

而科研院所则更注重基础研究和长期目标的实现，因此在创新机制上相对保守。虽然这种策略有助于保证科研的稳定性和持续性，但在快速变化的科技领域，却可能错失一些重要的创新机会。

其三在市场导向上，企业明显更具优势；

作为一家企业，其研发活动始终围绕市场需求展开。企业更加了解市场需要什么，能够快速将科研成果转化为实际产品，满足客户需求。而科研院所则更注重学术研究和理论探索，与市场需求的结合度相对较低。

其四在成果转化上，企业明显效率更高；

企业拥有完善的专利体系和知识产权管理制度，能够迅速将创新成果转化为商业价值。而科研院所在这方面则显得有些滞后，往往需要更长的时间才能将科研成果推向市场。

虽然科研院所和企业在科研经费投入上相差不大，但在人才战略、创新机制、市场导向以及成果转化等方面却存在明显的差异。这些差异正是导致两者研发成果天壤之别的重要原因。

我们并不是说科研院所在这些方面就一定做得不好，或者说企业就一定做得对。事实上，每个机构和企业都有其自身的特点和优势，关键在于如何根据自身的发展目标和市场环境来制定合适的战略和策略。

2024年八月份，中国科学院罕见地进行了超过百项的人事调整，具体变动涉及任命、免职、试用期考核合格转正等，涵盖院领导、直属机关、党校、等多个层面，以及在京区、直属单位、分院等不同机构的人员调整，涉及众多院士，力度和广度前所未有，显示了国家高层对以中科院为代表的科研院所的科研工作的极度关注，特别是想要看到中科院研发“实际成果”的期盼。

这拨大规模任免调动具体信息，请详见：大调整！中国科学院近百位领导任免决定，涉及众多院士！(qq.com)

科研院所和企业作为中国科技领域的两大巨头，在研发活动中都发挥着举足轻重的作用。虽然他们在科研经费投入上相差不大，但在研发成果上却呈现出截然不同的景象。这给我们提供了一个深刻的启示：在科技创新领域，除了资金投入外，还需要注重人才、机制、市场等多个方面的综合考量。只有这样，才能在激烈的科技竞争中立于不败之地。

话题甚多，此轮“五胡十六国”书尽于此，祝国产高端仪器，特别是国产电镜砥砺前行，再创辉煌。

（完）