电子显微学，就是使用电子显微镜观察物质微观结构的科学技术。透射、扫描电子显微镜作为电子显微学中先进技术的代表性产品，其核心技术过去一直被发达国家所垄断，曾被列入我国35项“卡脖子”技术之一。
2023年4月，在香港城市大学高时空分辨电镜中心主任、香港城市大学深圳研究院院长陈福荣教授的带领下，全球第一台由大学团队自主研发的紧凑型、兼具场发射“扫描 (SEM)”和“扫描透射 (STEM)”模式和时间分辨的新一代电子显微镜成功发布，标志着我国在高端电子显微镜领域的研发和应用上已突破技术垄断，并进入国际领先阵营。
电子显微镜的创新突破
由于电子显微镜能以明显高于光学显微镜的分辨率成像，并提供微纳米甚至原子尺度的测量及分析，因此在现代科学技术中，它是不可缺少的重要工具。电子显微镜在基础物理学、纳米材料、化学、生物、医学、半导体检测及纳米加工等诸多领域中有着广泛应用，特别是在现代新兴的生物医学、生命科学、材料学、芯片和集成电路等高科技行业，电子显微镜更是不可或缺。
陈福荣教授说道：“新一代电子显微镜的自主研发，不仅让我们在高时空分辨电镜的研发和应用上实现了技术垄断的突破，也让我们处于领跑者行列并具有核心优势。”
据陈福荣教授介绍，新研发的电子显微镜采用独创真空系统，有效延长了电子枪针尖的使用寿命，能大大减低大气粒子和杂质对电子束的干扰，做到有效提升成像质量。“除了能够实现基本的样品扫描、放大与成像功能之外，新研发的电子显微镜还具备观测液态样品和量测易损伤物质的能力，通过成像系统与软件分析可以得到包括半导体芯片、生物医药等样品的成分、形貌和结构讯息，例如，它可以帮助实现在室温液态状态下重构立体蛋白质结构。”
针对所取得的成果，陈福荣教授表示，虽然目前新一代电子显微镜在空间分辨率方面相比大型电子显微镜还略有差距，但和一般的大型电子显微镜相比，它也有很多优势，如“体积更小，有更广泛的应用场景，所以能够很快应用到实际当中，目前在芯片生产环节也已投入使用。”
据了解，23年12月，香港城市大学深圳福田研究院（现更名为“香港城市大学物质科学研究院（福田）”）、香港高等研究院以及香港城市大学材料科学与工程系主办，深圳研究院协办了一场高规格的「2023中德先进电子显微学与仪器研讨会」，陈福荣教授以其在该领域的卓著成果位列大会主席之一。会议不仅为专家学者、行业从业者、城大学生及大湾区的科学界提供了一个国际化的学术交流平台，更为河套深港科技创新合作区建设全球电子显微学创新高地和高端精密仪器装备制造产业基地注入了新的动力。
建立世界领先的电光学中心
上个世纪七十年代，陈福荣教授考入台湾新竹清华大学，就读于材料科学系，并在1980年远赴大洋彼岸读书工作。在发现台湾及内地科技界已经产生翻天覆地的变化、有着发展高科技的契机之后，已在异国他乡历经十载的他怀抱着「建设更好中国」的热情，选择回归本土。多年后他选择加入香港城市大学，并来到跟内地能够融为一体的物质科学研究院（福田）。
作为香港城市大学协理副校长（内地合作）、香港城市大学内地三个研究院院长，陈福荣教授深刻理解研究院在科研产业化中扮演着至关重要的角色。他认为，研究院在开展高水平的基础研究和应用研究、为科研产业化提供技术支持和人才储备之外，还需要具有科技成果转化的能力，要能积极地将科技成果转化为具有市场竞争力的产品或服务，推动科研产业化的进程。
在电子显微镜领域，为了推动科研成果向产业化转型，陈福荣教授要求科研团队充分调研市场和用户需求，尤其是先进半导体和生物医药两大重点产业。陈福荣教授提到，目前要观察蛋白质的结构，只能在极低温度下用冷冻电子显微镜进行，团队的研究正是要突破这方面的局限。
“团队现正研发高时空分辨率扫描/透射一体化紧凑型电子显微镜，将利用脉沖空锥成像，在室温及液态状况下观察及重构立体的蛋白质结构，”陈福荣教授介绍，团队将通过独创设计融合单向阀和电子光学系统，实现大气环境和液态环境的常温常压电子显微探测，这将大幅度提升电镜观测能力，是颠覆电镜产业的重要突破。目前这两种电镜设计都已经进入生产测试阶段。“作为电镜产业化的前置准备，我们已经成立公司并获得城市大学300万的天使轮融资，即将在2024年进入中试和量产。”
“我们要在大湾区建立一个世界领先的电子光学设计和制造中心，集中研究电子光学技术，并进行技术转移。”陈福荣教授说道。该中心将集合香港在基础研究和原始创新等方面的优势，并结合以深圳为代表的大湾区在应用研究、研发投入、制造链条等方面的强大竞争力。陈福荣教授会带领团队将电子光学的相关技术转移至营运中及新成立的公司，目标是要在仪器及科学领域上，保持较全球其他电子显微镜设施领先15年的技术。
陈福荣教授在提到下一步的构想时表示，未来将会带领团队在电子显微镜领域专注研发并提供“目前未能在不同外部环境（例如电场、激光、高温、低温）下进行的人工光合作用、量子材料及水科学等相关应用科技的一系列高时空分辨电子显微镜服务”。
据了解，除了新一代电子显微镜，智慧节能玻璃同样是陈福荣教授的科研产品。这是一种具有自动调节光线、隔绝红外光达到隔热控温，以及通过电致变色有效降低建筑物的能耗等多种功能的高度技术含量玻璃。这种玻璃与国家“碳达峰碳中和”的概念相契合，未来不仅可以与光伏技术相结合，推动建成零损耗零碳建筑，还在汽车天窗、智能显示屏等领域有着广泛的应用前景。目前，该相关产品已经实际投产，其生产彻底摆脱了国外技术的限制。陈福荣教授所在的团队也组建了国内唯一能够提供以节能减碳为主的无机薄膜型电致变色产品的公司。
来源：
香港城市大学内地研究院
部分参考来源：
深圳市福田区河套深港科技创新合作区建设发展事务署
光明日报
