你造了什么？！自制扫描电子显微镜

本·克拉斯诺 (Ben Krasnow) 制作过不少奇特的装置，包括用空调制作的液氮发生器和“口渴灭火器”，这是一种商用级灭火器，可以冷却、碳酸化和分配自制啤酒。现在，这位 28 岁的工程师只为迎接真正的挑战，他选择了他能想象到的最难的 DIY 项目：自制扫描电子显微镜 (SEM)。“我想看看这是否可行，”他说。

科学实验室会为高端扫描电镜支付高达 25 万美元的费用，而据 Krasnow 所知，还没有人制造过这种扫描电镜，所以他只能即兴发挥。他先花了几周时间自学这种仪器背后的复杂物理原理。接下来，他在 eBay 上搜索廉价的零部件，在自家的商店里寻找可能有用的电源，然后自己动手组装他找不到的部件。

典型的 SEM 会向样品发射一股细小的电子流，监测撞击产生的电子，并将产生的信号转换成图像。

克拉斯诺用一根细钨丝制作了电子枪。他通过施加电压加热钨丝，从而释放出电子云。释放出来的电子通过一根细铜管加速到达样品。

在最初的测试中，克拉斯诺很难将电子束对准样品。最后，他拿了一块冰箱磁铁，把它移到显微镜周围的玻璃真空室的外面，以调整光束的位置。当他把光束聚焦在正确的位置时，他用胶带把磁铁固定住。

该显微镜目前可提供约 50 倍的放大倍数，与商用 SEM 的 1,000 倍或更高倍数相差甚远，但显微镜专家表示，这不会削弱其成就。阿尔伯塔大学的化学家 Robert Wolkow 称其为“一项了不起的成就”。而同样希望制造出第一台 DIY SEM 的研究工程师兼业余爱好者 William Beaty 则用更简单的方式表达了这一愿望：“哎呀！”

工作原理

时间：100小时
费用：1,500 美元

展示

SEM 之所以得名，是因为电子束扫描样品表面；生成的图像基本上是静止物体的视频。为了制作该视频，Krasnow 买了一台旧示波器。当电子束穿过表面时，样品发射的电子云会发生变化，示波器会将这些物理数据转换为视频图像。示波器的缺点是 Krasnow 需要 1/15 秒才能扫描图像，而更快的扫描会导致图像分辨率较低。他计划将系统数字化，并用计算机替换示波器，这样他就可以缓慢扫描并增加显微镜的放大倍数。

真空冷却

为了保持显微镜的电子束细小，克拉斯诺必须消除任何干扰，因此他将整个装置放在他随手可得的一个大玻璃钟罩中。他使用两个独立的泵在钟罩内形成真空。其中一个泵有过热的倾向，因此水族箱泵将发动机冷却液送过过热的泵，吸出热量，并使液体通过改装的窗式空调循环，冷却后再重复这一过程。

复古风格

示波器和两个电源看起来就像是从 20 世纪 60 年代的太空任务中回收来的。Krasnow 喜欢这种美感，所以他把电源放在一个类似颜色的机架中，把其他组件摆放在它们上面，买了空白的灰色面板，钻了必要的孔，并安装了与风格相匹配的镀铬拨动开关、红色指示灯、旋钮和仪表。