

Ben Krasnow 制作过不少稀奇古怪的装置,包括用空调制成的液氮发生器,以及“解渴器”——一种商用级灭火器,可以冷却、充气并分配他自制的啤酒。现在,28岁的工程师 Ben Krasnow 选择了他能想象到的最艰难的 DIY 项目:一个自制的扫描电子显微镜 (SEM)。他这样做纯粹是为了寻求真正的挑战。“我想看看这是否可行,”他说。
高端 SEM 的价格高达 250,000 美元,而据 Krasnow 所知,从未有人个人建造过,所以他不得不自行摸索。他首先花了数周时间自学该仪器背后的复杂物理学。接着,他在 eBay 上搜寻廉价的组件,在他的家庭车间里翻找可能适用的电源,然后自己制造那些找不到的零件。
典型的 SEM 向样品发射一束细电子流,监测碰撞产生的电子,并将由此产生的信号转换成图像。

Krasnow 用一根细钨丝制作了他的电子枪。他通过施加电压加热钨丝,使其释放出电子云。释放出的电子通过一根细铜管加速射向样品。
在初步测试中,Krasnow 在将电子束瞄准样品时遇到了困难。最终,他用一块冰箱磁铁,在围绕显微镜的玻璃真空室外部移动它,以调整电子束的位置。当他将电子束聚焦在正确的位置时,他就用胶带将磁铁固定在那里。
该显微镜目前的放大倍数约为 50 倍,与商用 SEM 的 1000 倍甚至更高相比差距甚远,但显微镜专家表示,这并不会减损这项成就。阿尔伯塔大学化学家 Robert Wolkow 称其为“一项了不起的成就”。研究工程师兼业余爱好者 William Beaty,也曾希望建造第一个 DIY SEM,他对此的评价更为简洁:“哎呀!”

工作原理
时间:100 小时
成本:1,500 美元
显示屏
SEM 之所以得名,是因为电子束会扫描样品的表面;生成的图像本质上是一个静止对象的视频。为了创建该视频,Krasnow 购买了一个旧示波器。当电子束扫过表面时,从样品发射出的电子云会发生变化,示波器将这种物理数据转换成视频图像。示波器的限制在于,Krasnow 为了获得一张图像,需要在 1/15 秒内扫描一次,而更快的扫描会导致分辨率较低的图像。他计划将系统数字化,并用电脑取代示波器,这样他就可以进行慢速扫描并提高显微镜的放大倍数。
真空冷却
为了维持显微镜细电子束的稳定,Krasnow 必须消除任何干扰,因此他将整个设备装在一个他手边的大玻璃钟罩里。他使用了两个独立的泵在钟罩内制造真空。其中一个泵容易过热,因此一个水族箱泵将引擎冷却剂输送到过热的泵附近,带走热量,并将液体循环到经过改造的窗式空调中进行冷却,然后再重新开始循环。
复古风格
示波器和两个电源看起来就像是从 20 世纪 60 年代的太空任务中打捞出来的。Krasnow 喜欢这种美学风格,于是他将电源封装在一个颜色相似的机架中,将其他组件 arranged 在其上方,购买了空白的灰色面板,钻好必要的孔,并安装了与该风格相匹配的镀铬拨动开关、红色指示灯、旋钮和仪表。