原子力显微镜(AFM)—上海交大分析测试中心
原子力显微分析(AFM)
为解决接触式 AFM 可能破坏样品的缺点，
3.2 非接触式成像模式
在非接触模式中，针尖保持在试 样上方数十到数百埃的高度上，通常 以小于 10nm 的振幅在样品表面吸附 的液质薄层上方振动 [ 图 3-10(b)] 。非 接触模式对研究软质和弹性材料很有 利，可用于活性生物样品的现场检测、 对溶液反应进行现场跟踪等。
1. 引言
AFM针尖可作极微小移动，这个性 质 被 用 来 做 “ 纳 操 作 ” (nano manipulation) 。可以用于操纵 ( 拨动)分子、 原子，进行纳米尺度的结构加工和超高 密度信息存储。
和 STM 一样， AFM 实验既可在超高 真空中、也可在大气、溶液以及反应性 气氛等环境中进行。
针尖放大效应不仅会将小的结 构放大，而且还会造成成像的不真实， 特别是在比较陡峭的突起和沟处。
3.4 针尖放大效应
AFM 图像是针尖与样品真实形 貌卷积后的结果，应该采取合适的方 法去卷积，还原表面结构的真实形貌。 对于简单的、规则的体系，多采用几 何方法去卷积，但要真正实现对未知 样品表面的 AFM 图像去卷积十分困 难。
在恒力模式(Constant Force Mode) 是在扫描过程中利用反馈系统精确控 制探针使它随试样表面形貌在 z 方向 上下移动，保持针尖和样品之间的作 用力恒定，即保持微悬臂的变形量不 变。记录探针针头的 z 方向移动值可 得出试样表面形貌。
3.1 接触式成像模式
恒高模式 (Constant Height Mode) 是 在针尖的 x 、 y 扫描过程中保持针尖与试 样间的距离恒定，检测器直接测量微悬 臂z方向的形变量来成试样形貌像。由于 不使用反馈回路，该方式扫描速度高， 从而降低了热漂移效应。但该方式对于 表面起伏较大的样品不适合。
原子力显微镜(afm)的基本构成
原子力显微镜（afm）的基本构成原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM）是一种用来观察物质表面形貌的高精密显微镜。
它采用原子力探针技术，可以在几个纳米至几个微米的尺度范围内进行观测，并能提供非常高分辨率的表面形貌信息。
AFM的基本构成包括机械支撑系统、探针系统和控制系统。
下面将分别介绍其构成要素。
1.机械支撑系统：机械支撑系统是AFM的重要组成部分，用于稳定和保持探针与样品之间的相对位置。
它通常由几个关键部件组成：-扫描装置：扫描装置用于水平移动样品或探针，以实现对样品表面的扫描。
扫描装置由X、Y、Z三个方向上的驱动器组成，可实现物理、电机或压电驱动。
-压电陶瓷：压电陶瓷在AFM中用于控制探针的位置和微小位移。
当施加电压时，压电陶瓷会发生形变，从而移动探针的位置。
-悬臂杆：悬臂杆作为一种机械支撑装置，用于支撑和稳定探针的位置。
悬臂杆通常由弹性材料制成，如硅或硅质材料。
2.探针系统：探针系统是AFM的核心部件，用于接触和测量样品表面的形貌。
探针系统通常由两个主要组件组成：-探针：探针是AFM中与样品直接接触并进行测量的部分。
它通常由硅制成，并在其一侧附着探针尖端。
探针尖端具有非常小的尺寸，在几纳米至几十纳米之间。
-接收器：接收器用于接收探针与样品之间的相互作用力。
它通常由光学或电子传感器组成，可测量探针的位移，并将其转换为电信号。
3.控制系统：控制系统用于控制和测量AFM的各种参数，以提供准确的表面形貌信息。
它通常由几个关键组件组成：-仪器控制器：仪器控制器用于控制AFM的各种操作，如扫描速度、力量控制等。
它具有一个用户界面，可以通过操作界面进行参数设置和图像显示。
-数据采集卡：数据采集卡用于接收和记录探针接触样品时的力信号，并将其转换为数字信号。
这些数据可以被后续分析软件用于生成图像和数据处理。
-反馈系统：反馈系统用于监测和控制探针与样品之间的相互作用力。
它通过比较实际测量力和设定的参考力，并调整探针位置和扫描速度，以保持探针与样品之间的相对位置不变。
原子力显微镜原理介绍
原子力显微镜原理介绍原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）是一种利用原子力相互作用的显微镜，可以在原子尺度上对样品表面进行高分辨率的成像。
AFM具有高分辨率、高灵敏度、无需对样品进行特殊处理等优点，被广泛应用于材料科学、生物科学等领域。
AFM的原理基于力电荷耦合作用。
当扫描探针和样品表面之间存在距离时，由于它们之间的静电力、范德华力及表面张力等作用，会使探针弯曲。
AFM通过在探针上施加压电力来对探针进行调节，使与样品表面的相互作用力保持恒定，从而测量得到探针的形变信息。
通过对形变信息的处理，可以得到样品表面的三维拓扑图像。
AFM的核心组成部分是扫描探头和力传感器。
扫描探头通常由一个尖端和一段弯曲的弹簧杆组成。
尖端的大小一般在纳米尺度，可以用于成像不同大小和形状的样品。
弹簧杆的弯曲情况则是通过力传感器来测量的。
在AFM操作过程中，首先将样品固定在一个大型可移动的扫描平台上。
然后，将扫描探头靠近样品表面，使其与样品之间的距离保持在1-10纳米的量级范围内。
通过扫描平台的控制，可以使探针在样品表面上进行扫描。
当探针在样品表面上移动时，它所受到的相互作用力会随着扫描位置的改变而改变。
根据探针的形变，可以准确测量样品表面的高程和形貌信息。
AFM可以通过不同的模式进行操作，常见的模式包括接触模式、非接触模式和振动模式等。
接触模式是最常用的模式，通过将探针与样品表面保持接触，测量形变信息。
非接触模式则是通过探针与样品表面之间的范德华力进行作用，避免了对样品的破坏。
振动模式则是通过控制探针的共振频率来得到形变信息。
AFM不仅可以提供样品表面形貌信息，还可以测量样品的力学性质。
通过改变探针与样品表面之间的相互作用力的大小和方向，可以测量样品的硬度、弹性模量等力学参数。
总之，原子力显微镜是一种利用原子力相互作用实现高分辨率成像的显微镜。
通过测量探针的形变信息，可以获得样品表面的三维拓扑图像和力学性质。
AFM_原子力显微镜简介(1)概述
2.接触式AFM工作原理
样品放置在扫描器上方，扫描器中的压电陶瓷管在外加电压的 作用下，可以在X、Y 和Z 方向上独立运动。SPM 探头中的 激光器发出激光，照射在探针的尖端背面，经反射后，落在 光斑位置检测器上。光斑位置检测器上下部分的光强差产生 了上下部分的电压差，通过测量这个压差，就可以得到光斑 位置的变化量。
谢谢！
2.接触式AFM工作原理
当探针在样品表面扫描时，由于样品 表面的原子与微悬臂探针尖端的原 子间的相互作用力，微悬臂将随样 品表面形貌而弯曲起伏，反射光束 也将随之偏移，光斑位置检测器上 下部分的电压差值也发生改变。反 馈电路测量这个差值，通过改变加 在扫描器Z 方向上的电压，保持这 个差值的恒定，计算机记录这个电 压，即反映了样品的表面形貌。
原子力显微镜（AFM）
1.概述 2.工作原理 3.仪器介绍 4.成像模式 5.AFM应用 6.AFM的缺陷
1.概述
• AFM (Atomic Force Microscope)原子力 显微镜 以原子间力为理论基础的显微镜， 从STM（扫描隧道显微镜）发展而来 • 以原子尺寸观察物质表面结构 • 金属、半导体、绝缘体 • 大气、液体环境下直接观察 • 精确测量样品的尺寸参数精确测 量样品的尺寸参数
3.仪器介绍
4.成像模式
4.1 接触模式 • 针尖与样品表面距离小，利用原子间 的斥力 • 可获得高解析度图像 • 样品变形，针尖受损 • 不适合表面柔软的材料
针尖 样品表面
接触模式
4.成像模式
4.2 轻敲模式 • 探针在Z轴维持固定频率振动，当振动到 谷底时与样品表面接触 • 对样品破坏小 • 分辨率几乎与接触模式相同
2.轻敲式AFM工作原理
用一个外加的振荡信号驱动探针在样品 表面上方振动。探针振动的振幅也可通 过光斑位置检测器的上下部分的光强差 来确定。
原子力显微镜法
原子力显微镜法原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，简称AFM）是一种高分辨率的表面形貌和力学特性测量技术。
它通过在探针和样品表面之间施加微小的力量，利用谐振频率变化的检测原理获得样品表面的拓扑信息，从而实现纳米尺度的观测和测量。
本文将介绍 AFM 的基本原理、操作流程及其在纳米科学与纳米技术领域的应用。
一、基本原理原子力显微镜是基于探针与样品表面之间相互作用力的测量原理工作的。
探针端通过弹性变形受到样品表面的力作用，且力与距离成反比。
AFM以原子尺度的分辨率测量表面形貌，使用悬臂梁弹簧探针，通过测量力传感器的弯曲程度得到样品表面的高低起伏。
由于探针尖端可以被加工成非常尖锐的形状，所以可以实现纳米级别的表面成像。
二、操作流程1. 样品准备：将待测样品表面进行清洗和处理，确保表面干净平整。
2. 探针安装：选择合适的探针并安装在原子力显微镜仪器上。
3. 探针校准：使用标定样品或试样进行探针的校准调整，以确保测量结果的准确性。
4. 调整参数：根据样品的特性和需要测量的参数，进行原子力显微镜的工作参数设置。
5. 表面成像：将样品放置在仪器台面上，通过控制探针的移动和扫描模式，实现对样品表面的成像。
6. 数据分析：对得到的图像进行处理和分析，提取所需的拓扑和力学信息。
三、应用领域原子力显微镜法在纳米科学与纳米技术领域有着广泛的应用。
1. 表面形貌分析：原子力显微镜可以实现对材料表面的纳米级别形貌观测，如纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜等的形貌表征。
2. 纳米力学性质研究：通过在原子力显微镜中加入力曲线扫描模式，可以测量材料的力学性质，如硬度、弹性模量等。
3. 表面化学成分分析：结合原子力显微镜与其他表征手段，如扫描电子显微镜、能谱分析等，可以实现对样品表面化学成分的分析。
4. 生物医学应用：原子力显微镜可实现对生物分子及细胞的高分辨率成像和测量，对生物医学研究具有重要意义。
5. 纳米加工与纳米制造：利用原子力显微镜的扫描控制功能，可以进行纳米级别的构筑、雕刻和操控，用于纳米加工技术和纳米器件制造。
原子力显微镜原理
原子力显微镜原理
原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）是一种用于表面形貌分析的高分辨率显微镜。
它能够通过扫描样品表面并测量样品与
探针之间的相互作用力来获得样品的形貌信息。
AFM主要由扫描头、扫描电路和数据采集系统三个部分组成。
AFM的扫描头是由一个微小的探针组成，通常采用硅或者金属材料制成。
探针的尖端直径只有几纳米，可以在样品表面进行非接触式扫描，不会对样品造成损伤。
探针尖端与样品表面之间存在相互作用力，这
种力可以通过弹性变形、范德华力和静电吸引等方式产生。
AFM的扫描电路主要由纳米定位器、压电陶瓷等元器件组成。
它能够实现对探针进行精确定位，并调节探针与样品之间的距离和相互作用
力大小。
同时，在扫描过程中，它还能够实时监测和反馈探针与样品
之间的相互作用力，以保证数据采集质量。
AFM的数据采集系统主要由扫描控制器和图像处理器组成。
扫描控制器能够实时获取探针与样品之间的相互作用力信号，并将其转换为数
字信号进行处理。
图像处理器则能够对采集到的数据进行图像重建和
后处理，以获得样品表面的形貌信息。
总结起来，AFM的原理就是通过扫描头对样品表面进行非接触式扫描，并通过测量探针与样品之间的相互作用力来获取样品表面形貌信息。
AFM具有高分辨率、高灵敏度、不破坏性等优点，已经广泛应用于生物学、材料科学等领域的研究中。
原子力显微镜(afm)的基本构成
原子力显微镜（afm）的基本构成原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM）是一种测量样品表面形貌和力学性质的仪器。
它是在20世纪80年代末发展起来的一种非接触式表面探测技术。
AFM可以在几个纳米至亚纳米尺度范围内进行表面测量，可用于对样品的形貌、磁性、电导率等性质进行研究。
下面将介绍AFM的基本构成。
1.扫描压电陶瓷动力系统：该系统由扫描器和压电陶瓷驱动器组成。
扫描器通常由三个方向的压电陶瓷构成，通过改变瓷片的形变来实现样品表面的扫描。
压电陶瓷驱动器则负责产生电压信号，控制扫描器的移动。
这个系统的精度决定了扫描和测量的精度。
2.悬臂梁/探针：AFM的探测部分由一个非常尖锐的探针组成。
探针的尖端通常是金或硅制成，其尺寸可以从几纳米到亚纳米。
悬臂梁/探针连接到悬臂支撑系统，其作用是传递扫描过程中对样品表面的力信号。
3.光学探测系统：AFM使用光学技术来获取样品的形貌信息。
光学系统通常包括激光光源、光学透镜和位移检测器。
激光光源发出一束光束，照射到悬臂梁上，并反射到位移检测器上。
位移检测器测量悬臂的挠度，并将其转换为电信号。
4.反馈系统与力曲线：AFM通过一个反馈系统来实现对扫描过程中的力信号的控制。
反馈系统会监测探针受到的力，将其与设定的力进行比较并进行调整，以保持恒定的力作用在探针上。
此外，反馈系统还会记录力曲线，即探针所受到的力与其在样品表面扫描位置之间的关系。
5.控制和数据分析系统：AFM的控制系统通过电脑来实现。
该系统控制扫描器的移动和力信号的获取，并根据获取的数据进行分析和处理。
用户可以通过电脑软件来控制AFM仪器的各种参数，并进行样品表面的三维成像、力谱分析等。
除了以上基本构成外，AFM还可以根据研究需求配备不同的显微镜头，以扩展其应用范围。
常见的显微镜头包括原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM）、磁力显微镜（Magnetic Force Microscope，简称MFM）、电导率显微镜（Conductive Atomic Force Microscope，简称C-AFM）等。
2-原子力显微镜AFM
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2.2.1 原子力显微镜的基本原理
AFM的微小的针尖
2021/4/9
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2.2.2原子力显微镜微悬臂偏转的检测方法
AFM的图像是通过在样品表面上扫描时测量微悬臂受力弯曲后偏转的程度得到 的。采用不同的微悬臂偏转的检测方式就构成了不同的AFM工作原理。检测微悬臂偏转 的方式有很多种，其精度将直接影响到AFM的原子分辨率。最常用的有四种：
在电容测量法中，微悬臂作为构成平行平板电容器的一块平板 之一，而另一块平板则平行地位于微悬臂的上方，如图所示。
微悬臂的偏转值将通过测量该电容器的电容值的变化得到。它 的垂直位移检测精度达到0.03nm。电容测量法是所介绍的这几种 常用微悬臂偏转检测方法中精度稍差的一种。
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2.2.3原子力显微镜的微悬臂及针尖
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2.2.1 原子力显微镜的基本原理
AFM的工作原理如图所示。对 微弱力极其敏感的微悬臂一端固定， 另一端则有一微小的针尖。在图像 扫描时，针尖与样品表面轻轻接触， 而针尖尖端原子与样品表面原子间 存在极微弱的排斥力(10-8~10-6N)， 会使悬臂产生微小偏转。这种偏转 被检测出并用作反馈来保持力的恒 定，就可以获得微悬臂对应于扫描 各点的位置变化，从而可以获得样 品表面形貌的图像。各种形式的 AFM的区别主要在微悬臂偏转的检 测方式上，通常有隧道电流检测法， 光学检测法和电容测量法。
2.2 原子力显微镜（AFM） 2.2.1 原子力显微镜的基本原理
STM只能在导电材料的样品表面上分辨出单个的原子并得到原 子结构的三维图像。对于非导电材料， STM将无能为力，应用受到 了限制。为了弥补STM的不足，分辨绝缘表面上的单个原子，1986 年，Binnig，Quate和Gerber发明了原子力显微镜(AFM)。AFM是 一种类似于STM的显微技术，它的许多元件与STM是共同的，如用 于二维扫描的压电陶瓷系统以及反馈控制器等。它与STM主要不同 点是用一个对微弱力极其敏感的易弯曲的微悬臂针尖来代替STM的 隧道针尖，并以探测悬臂的微小偏转代替了STM中的探测微小隧道 电流。正是因为AFM工作时不需要探测隧道电流，所以它可以用于 分辨包括绝缘体在内的各种材料表面上的单个原子，其应用范围无 疑比STM更加广阔。但从分辨率来看，AFM要比STM略微低一些。
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3.2 磁力（MFM）显微镜
1982年
扫描隧道 显微镜
人类第一次能够实时 地观察单个原子在物质表 面的排列状态和与表面电 子行为有关的物理、化学 性质，在表面科学、材料 科学、生命科学等领域的 研究中有着重大的意义和 广阔的应用前景，被国际 科学界公认为八十年代世 界十大科技成就之一。
1.1扫描探针显微镜的产生
扫描隧道显微镜 （STM）
2.2 力-距离曲线
三.扫描力显微镜的分类
3.1 原子力显微镜 3.1.1 斥力模式AFM 3.1.2 摩擦力显微镜 3.1.3 化学力显微镜 3.1.4 检测材料不同组分的技术 a. 相位成像技术 b .力调制技术 3.1.5 检测材料纳米硬度的技术
3.2 磁力显微镜 3.3静电力显微镜
3.1 原子力显微镜ຫໍສະໝຸດ 3.1.1 斥力模式AFM 探针与样品之间进行原子间接触，利用它们
之间的斥力得到样品表面的形貌。 具有两种工作模式：
3.1.1.1 接触模式 3.1.1.2 敲击模式（间歇接触）
3.1.1.1 接触模式(Contact Mode)
接触模式 非接触模式
轻敲模式
接触模式探针
接触模式探针示意图
接触模式工作示意图
Dendrimer-like Gold Nanoparticle[3]
DNA Translocation in Inorganic Nanotubes[4]
Diameter-Dependent Growth Direction of Epitaxial Silicon Nanowires[5]
1.1扫描探针显微镜的产生
1.3 原子力显微镜（AFM）的基本工作原理 z 直径≤15mm
1.3 原子力显微镜（AFM）的基本工作原理
SFM是使用一个一端固定而另一端装有针尖的弹性微悬 臂来检测样品表面形貌或其他表面性质的。当样品或针尖扫 描时，同距离有关的针尖-样品间相互作用力就会引起微悬 臂发生形变。也就是说，微悬臂的形变可以作为样品-针尖 相互作用力的直接度量。
AFM_Tapping_Feedback_Loop.swf
液体下敲击模式
操作同液体下的接触模 式
使用的探针是接触模式 使用的探针
由于探针处在液体中， 而非空气中，探针的共 振频率产生了改变，需 要重新设置
探针容易受到污染
3.1.2 摩擦力显微镜(LFM)
3.1.2 摩擦力显微镜(LFM)
高分辨定量结构分析以及掺杂浓度的分布等各种材料特性
失效分析: 缺陷识别，电性测量（甚至可穿过钝化层）和 键合电极的摩擦特性
生物应用: 液体中完整活细胞成象，细胞膜孔隙率和结构 表征，生物纤维测量，DNA成像和局部弹性测量
硬盘检查: 表面检查和缺陷鉴定，磁畴成象，摩擦力和磨 损方式，读写头表
薄膜表征: 孔隙率分析，覆盖率，附着力，磨损特性，纳 米颗粒和岛屿的分布
是研究纳米摩 擦的工具
受样品表面粗 糙度的影响
受环境湿度温 度等影响
摩擦系数的比较、计算
3.1.3 化学力显微镜
把探针表面进行功能化 修饰，使针尖表面带有 特殊的官能团
这种官能团与样品表面 的官能团成键
在探针抬起的过程中， 这种化学键作用力就会 在力曲线上粘附力中反 应出来
位置的精确控制：通过在电场作用下可以 伸缩的压电陶瓷完成。这种晶体在受到机械 力并发生形变时会产生电场，或给晶体加一 电场会产生物理形变。AFM中常用的是管状 压电陶瓷。
1.3 原子力显微镜（AFM）的基本工作原理
对微悬臂的设计要求
对微悬臂的设计要求： 1. 低的弹性常数，为了测量较小的力 2. 高的力学共振频率，为了得到与STM相当的数据采
原子力显微镜
Atomic Force Microscopy(AFM)
上海交通大学分析测试中心 李慧琴
基本内容
一. 原子力显微镜的产生、基本应用及其基本 工作原理
二 .探针与样品之间的作用力 三. 原子力显微镜的分类（AFM、MFM、Ｅ
ＦＭ、ＣＦＭ等） 四. 原子力显微镜测试结果的影响因素及其应
用展望
3.2 磁力（MFM）显微镜 ——Lift Mode
Lift Mode 适用 于在轻敲模式下
一. 原子力显微镜的产生、基 本应用及其基本工作原理
1.1 扫描探针显微镜的产生的必然性
低能电子衍射 和
X射线衍射
高分辨透射电子 显微镜
光学显微镜 和
扫描电子显微镜
X射线光电子 能谱
场电子显微镜 和
场离子显微镜
样品具有周期性结构
用于薄层样品的体相和界面研究
不足分辨出表面原子
只能提供空间平均的电子结构 信息
的程度得到的，检测微悬臂弯曲的方式有： 1. 隧道电流法：同隧道扫描中使用的方法类似，
2. 电容检测法：微悬臂受力而产生的位移将改变与 之相连的电容极间距离，电容值发生变化，电容 极间还可由一个压电陶瓷驱动器来控制
3. 光学检测法，有光干涉法和激光束反射检 测法。 可以检测出微悬臂0.01nm幅度的弯曲。
集速度和成像带宽。 3. 高的横向刚性，将微悬臂制成V形会提高刚性，为
了减少横向力的影响。 4. 短的悬臂长度，臂长越短，悬臂的弯曲角度就越
大，以提高检测灵敏度 5. 传感器带有镜子或电极，使得能通过光学或隧道电
流检测其动态位移 6. 带有一个尽可能尖锐的针尖
微悬臂弯曲的检测方式
AFM 微悬臂弯曲的检测方式： AFM图像是通过在样品扫描时测量微悬臂受力弯曲
照射到微悬臂背面的激光反射到一个具有四个象限的光电 检测器上，检测器不同象限接收的激光强度差值同微悬臂的 形变量形成一的比例关系。如微悬臂的形变为0.01nm,激光 反射到光电检测器上，则可变成3-10nm 的位移，足够产生 可测量的电压差，反馈系统根据检测器电压的变化不断调整 针尖或样品Z轴方向的位置，以保持针尖-样品间的作用力恒 定。通过测量检测器电压对样品扫描位置的变化，就可得到 样品的表面形貌图像。
只能探测在半径小于100nm的针尖上的原子 结构和二维几何性质，且制样技术复杂
1.1扫描探针显微镜的产生的必然性
纳米科技突飞猛进的发展
Biomolecular Recognition on Vertically Aligned Carbon Nanofibers[1]
ε-Co nanocrystals coated by a monolayer of poly(acrylic acid)-blockpolystyrene [2]
AFM_Contact_Feedback_Loop.swf
接触模式力曲线
接触模式力曲线
各种典型的力曲线
接触模式力的计算
F= k (△ Z ) △ Z =7.6div*10V/div*Z
piezo sensitivity
是探针和样品间范德华 力、静电力、毛细力 等综合力的表现
液体下的接触模式
液体环境下的接触模式
3.1.4 检测材料不同组分的技术
a. 相位成像技术 b. 力调制技术
a.相位（phase)成像技术
探针共振时的振幅和相位图
a.相位（phase)成像技术
用于在轻敲模 式下的相分离 扫描
用于复合材料、 表面污染物等 测试
同时也可得到 比较清晰的轮 廓图
SEBS的分相结构
b. 力调制(force modulation)技术
1.3 原子力显微镜（AFM）的基本工作原理
微悬臂长为100-200 微米
弹性系数0.0041.85N/m
针尖曲率半径30nm 微悬臂0.01nm的形
变，激光束反射到光
△ F=k*△电z接收器上，可变成 △ △z—形3-1变0n量m的位。
△ k—微悬臂的弹性系数
△ F—作用力
1.3 原子力显微镜（AFM）的基本工作原理
4、可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至可将样 品浸在水和其它溶液中，不需要特别的制样技术，并且探测过 程对样品无损伤。
应用：适用于研究生物样品和在不同试验条件下对样品表 面的评价，例如对于多相催化机理、超导机制、电化学反应过 程中电极表面变化的监测等。
1.2 扫描探针显微镜的特点及其应用
5、配合扫描隧道谱，可以得到有关表面结构的信息，例如 表面不同层次的态密度、表面电子阱、电荷密度波、表面势垒 的变化和能隙结构等。
第二种原因是它们之间毛细力，相互吸引 使得针尖发生跳触。
2.1 力的分类
4. 黏附力 与样品的表面性质，杂质和缺陷有关
5. 摩擦力 悬臂与表面接触，同时又在表面上横向移动，产生 滑动摩擦。
6. 毛细力 7. 磁力，用以测试磁性材料表面的磁畴。 8. 静电力， 类似于磁力，可以用来测量表面的电荷密
度等。
弹性系数的计算
3.1.1.2 轻敲模式（Taping Mode)
轻敲模式探针示意图
3.1.1.2 轻敲模式（Taping Mode)
3.1.1.2 轻敲模式（Taping Mode)
探针间歇接触样品表 面
适用于柔软样品，如 高分子、生物样品以 及复合材料表面组成 的分布的测试
TappingMode －示意图
1.2 扫描探针显微镜的特点及其应用
2、可实时地空得到实时间中表面的三维图像，可用于具有 周期性或不具备周期性的表面结构研究。
应用：可用于表面扩散等动态过程的研究。
3、可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是体相或整 个表面的平均性质。