原子力显微镜
《原子力显微镜》课件
未来发展趋势
未来，原子力显微镜技术将进一步提高分辨率和扫 描速度，并应用于更多领域。
七、参考文献
1 相关学术论文
1. Title 1 2. Title 2 3. Title 3
2 专业书籍
1. Title A 2. Title B 3. Title C
二、工作原理
探针的作用
原子力显微镜使用微小的探针探测物质表面，获得原子级别的高分辨率图像。
检测原理
通过探测器记录探针的弯曲变化，从而推断物体表面的高度和形貌。
显示方法
利用电子信号将探测到的数据转化为高清图像，可实时显示。
三、应用领域
表面形貌和结构分析
原子力显微镜可用于观察材料 表面的形貌和结构，帮助研究 纳米级别的材料。
《原子力显微镜》PPT课 件
本课件将介绍原子力显微镜的工作原理、应用领域和优缺点分析，以及操作 和维护的常见问题解答。
一、前言
什么是原子力显微镜
原子力显微镜是一种高分辨率的显微镜，能够 观测到物质的原子尺度细节。
发展历史
原子力显微镜于1986年由Gerd Binnig和Heinrich Rohrer发明，获得了诺贝尔奖。
原子力显微镜的分辨率可达到纳米级别，扫描范围取决于探针的尺寸和扫描区域。
如何正确操作原子力显微镜
正确操作原子力显微镜需要进行样品制备、参数设置和扫描操作等步骤。
原力显微镜的维护
维护原子力显微镜需要保持清洁，及时更换探针并进行校准。
六、结论
原子力显微镜对科学研究的重要性
原子力显微镜在纳米级别材料研究和生物学研究中 发挥着重要作用。
纳米尺度材料表征
该技术可用于研究纳米颗粒、 纳米管和纳米线等纳米材料的 特性。
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(Atomic Force Microscope)
（3）轻敲模式
• 为解决接触模式和非接触模式的缺陷而发展； • 扫描方式：探针保持一定振幅（>20nm）轻轻敲击样品表面，与样 品间歇接触，当振荡的针尖向下接近表面时，由于吸引力的作用， 微悬臂没有足够的空间去振荡，其振幅将减小；而后，排斥力将 针尖反向向上振荡，振幅增大。反馈系统根据振幅变化，不断调 整针尖-样品间距来控制微悬臂振幅，使作用在样品上的平均力恒 定，从而得到样品的表面形貌。 • 相互作用力：引力和斥力交互作用； • 优点：针尖与样品接触时间很短，并有足够的振幅来克服针尖和 样品间的黏附力，因此对样品的破坏很小； • 适合样品：各种样品，特别适合生物和高分子等柔软、粘附性较 强的样品，并且不对它们产生破坏 ； • 可在真空、大气和液体环境中的应用，具有较高分辨率。
（2）非接触模式
• 为解决接触模式易损坏样品而发展；
• 扫描方式：探针与样品表面不接触，针尖在样品表面上方520 nm处扫描； • 相互作用力：范德华引力，针尖和样品间的距离通过保持微 悬臂共振频率或振幅恒定来控制 ； • 优点：对样品没有损坏； • 缺点：针尖和样品间距离较大，图像分辨率比接触模式低； • 实际上，由于大气环境下样品表面易吸附气体，非接触模式 比较难操作，同时也不适合在液体环境下使用。
AFM样品的制备
• 总体原则：样品表面尽可能平整，样品与基片的结合尽可能 牢固，必要时可采用化学键合、化学特定吸附或静电吸引的 方法固定； • 常用基片：云母、单晶硅片、玻璃、石英、高序热解石墨 （HOPG）等。 • 溶液：可旋涂、滴涂或浸涂于平整基片上，干燥备用； • 纳米薄膜材料：较厚的薄膜可以直接测定，较薄的薄膜应尽 量用基片支撑后测定 ； • 纳米粉体材料：应尽量以单层或亚单层形式分散并固定在基 片上。一般将其放入分散液（水或乙醇等）中，用超声波分 散，再根据纳米粒子的亲疏水性、表面化学特性等，选择合 适的基片，将超声分散过的溶液滴到基片上，烘干或晾干备 用。
化学物质的原子力显微镜
化学物质的原子力显微镜原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）是一种能够获得材料表面拓扑结构信息的先进纳米分析仪器。
利用其高分辨率的成像能力，我们可以观察和研究化学物质的微观结构和性质。
本文将介绍原子力显微镜的工作原理、应用领域以及未来的发展趋势。
一、工作原理原子力显微镜是一种基于在原子尺度上感知力的技术。
其工作原理可以简单概括为通过探针与样品表面之间的相互作用来获取样品表面形貌信息。
其关键部件是一个高精度的微悬臂，类似一个弹簧，其尖端装配有一个纳米级的探针。
当探针靠近样品表面时，通过悬臂的微弯变化，可以感知到与样品表面的相互作用力。
通过记录探针与样品的相对位置变化，就可以重构出样品的表面形貌。
二、应用领域1. 材料科学研究：原子力显微镜可以帮助我们观察材料的晶格结构、表面形貌和纳米尺度下的力学性质。
这对于材料研究和新材料的开发具有重要意义。
2. 纳米电子学：原子力显微镜可以在纳米尺度上探测和调控器件的结构和性能。
这对于纳米电子器件的设计和制备具有重要的参考价值。
3. 生物医学领域：原子力显微镜可用于研究生物材料的表面形貌、细胞力学性质和蛋白质折叠状态。
这对于生物医学研究、药物开发和疾病诊断具有重要作用。
三、未来发展趋势1. 高速成像：目前，原子力显微镜的成像速度相对较慢，通常需要几分钟到几小时来获得一张高质量的成像图像。
未来的发展方向是提高成像速度，实现快速、实时的成像。
2. 多模式集成：当前的原子力显微镜通常只能提供一种成像模式，如接触模式或非接触模式。
未来的发展方向是实现多模式集成，使得同一台仪器能够提供多种不同的成像模式。
3. 原位测量：原子力显微镜通常是在大气环境下进行成像，而在许多应用领域，如材料科学和生物医学，所研究的样品往往需要在真空、高温或湿润等特殊环境下进行测量。
未来的发展方向是实现原位测量，使得原子力显微镜能够适应更多的实际应用需求。
结语原子力显微镜作为一种强大的纳米级成像工具，已经在许多领域展现出巨大的潜力。
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。
原子力显微镜
T47D细胞被附着在包被了伴刀豆球蛋白A的微悬臂上
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4、AFM观察动态生物过程
▪ AFM也是观察细胞生物过程的非常有效的工具。Haeberle 等用AFM记录了单个病毒颗粒从被感染细胞中释放的过程。
▪ Ohnesorge以类似的方法研究了痘病毒和活细胞，得到了 痘病毒感染活细胞全过程的AFM图。通过活着的细胞观察 子代病毒颗粒-并用AFM在水溶液环境中在分子水平分辩 出有规则重复的烙铁状结构(宽7-11nm长60-90nm,和准有 序的环状结构(直径5-10nm)观察中发现在感染前后最初几 小时,细胞并无显著变化;子代病毒粒子沿细胞骨架进入细 胞内部,还发现了胞吐、病毒颗粒聚集等现象。
▪ Protein-protein interactions
▪ Yokokawa M, Wada C, Ando T, et al. Fastscanning atomic force microscopy reveals the ATP/ADP-dependent conformational changes of GroEL. EMBO J 2006;25:4567-76
▪ Thie M, Interactions between trophoblast and uterine epithelium:monitoring of adhesive forces, Hum.Reprod. (1998) 13 (11):3211-3219.
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3、AFM检测活细胞间相互作用
原子力显微镜（AFM）
1
目录
▪ AFM的成像原理 ▪ AFM用于生命科学的优势与特点 ▪ AFM在细胞生物学中的应用 ▪ AFM存在的问题 ▪ AFM最近的研究进展 ▪ 总结与展望
原子力显微镜
原子力显微镜原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM）是一种高分辨率的显微镜技术，通过探针与样品表面的相互作用，可以获取纳米级的表面形貌和力学性质信息。
本文将介绍原子力显微镜的原理、应用以及未来的发展前景。
一、原理原子力显微镜的工作原理基于触针与样品表面的相互作用力，通过探测器对这种相互作用力进行检测和测量。
主要包括力探头、支撑结构、扫描部件、力传感器等多个部分。
当力探头接近样品表面时，表面原子与力探头上的原子之间会发生排斥或吸引的作用力，力探头被弯曲，力的大小和方向与样品表面的形貌和力学性质有关，通过探测器的测量，可以得到样品表面精细的拓扑信息。
二、应用领域原子力显微镜在材料科学、生物科学、纳米技术等领域有着广泛的应用。
1. 材料科学原子力显微镜可以用于材料的表面结构和形貌研究。
通过观察样品表面的凹凸不平、纳米级的颗粒分布等可以得到材料的表面形貌信息。
同时，还可以通过测量样品表面的硬度和弹性模量来评估材料的力学性质。
2. 生物科学生物领域中，原子力显微镜可以用于观察和研究生物分子的结构和相互作用。
通过将生物样品固定在一个稳定的平台上，可以观察到生物分子的三维结构，从而研究其功能和性质。
此外，原子力显微镜还可以用于细胞力学性质的研究，例如细胞的刚度、粘附性等。
3. 纳米技术在纳米技术领域，原子力显微镜扮演着重要的角色。
可以利用原子力显微镜来观察纳米颗粒的形貌、尺寸和分布，对纳米结构进行表征和分析。
此外，原子力显微镜还可以用于纳米加工、纳米操纵等方面的研究。
三、未来发展前景原子力显微镜作为一种重要的纳米级表征工具，其发展前景非常广阔。
1. 提高分辨率随着技术的不断发展，原子力显微镜的分辨率得到了大幅度的提高。
未来，我们可以预期原子力显微镜的分辨率将越来越高，可以观察到更加微小的结构和表面特征。
2. 多种模式的结合目前已经存在多种不同的原子力显微镜工作模式，例如接触模式、非接触模式、谐振模式等。
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Gellan凝胶多糖形成凝胶后网络结构
AFM images of gellan gel network deposited on to mica
角叉聚糖和gellan胶的网络结构
AFM images of gellan and xyloglucan networks deposited on to mica.
电排斥随探针与样品表面原子的进一步靠近，逐渐抵消
原子间的吸引力。当原子间距离小于1nm，约为化学键 长时，范德华力为0。
在力学曲线中有5个区域,从ⅰ开始,这是探针和样品相距较远,它 们之间没有什么作用力,悬臂也不会发生偏转;ⅱ当探针与样品进一步 靠近,它们之间出现相互引力和斥力,从而导致悬臂发生偏转,这时斥力
直链淀粉的AFM图像
AFM images of amylose that have been deposited onto mica (a) Overlapping amylose molecules, (b) Branched amylose molecule showing a single long branch, (c) Branched amylose molecule displaying short branches
马铃薯淀粉粒的AFM图像
AFM images of starch granule (a) dried starch granule (b) frozen starch granule
七、AFM假象
光镜和电子显微镜成像都受电磁衍射的 影响，这给它们辨别三维结构带来困难。而 AFM可弥补这些不足。出项假象的情况：
1）针尖成像。当针尖比样品特性更尖时则会
出现假象。 2）钝的或污染的针尖。
3）双针尖或多针尖假象。
4）样品上污染物引起的假象。
八、AFM在多糖中的应用
1、高分子领域（包括纳米结构，微观尺寸下材料的性质，多分子样品
的相分布，亚表面结构）
1）形貌观察
AFM可以在高分子表面形态，纳米结构，链堆砌（chain
packing）和构象等。 可以通过接触式、敲击式AFM来研究高分子的形貌。
接触式研究形貌的分辨与针尖和样品接触面积有关，一般来说，二者
的接触尺寸为几纳米，接触力越小，接触面就越小。同时也减小针尖 对样品的破坏。为了获得高分辨率高分子图像，人们用各种方法对样
sidewall angles）。曲率半径决定的是最高侧向分辨率， 而探针的侧面角决定最高表面比率特征（high aspect ratio feature）的探针能力。
曲率半径越小，越能分辨精细结构
当针尖有污染的时候会导致针尖变钝，使得 图像灵敏度下降或失真。但钝的针尖或污染的针 尖不影响样品的垂直分辨率。样品的陡峭面分辨 程度决定于针尖侧面角的大小，侧面角越小，分 辨陡峭的样品表面能力就越强。
针共振频率或振幅恒定，进而使探针与样品表面平均距离恒定。计算
机通过记录扫描器的移动获得样品表面形貌图。
3) 非接触式成像模式 与非接触式AFM比较相似，当它比非接触式AFM 有更近的样品与针尖距离。和非接触式AFM一样，它 是以一种恒定的驱动力使探针悬臂以一定的频率振动 （一般为几百千赫），振动的振幅可以通过检测系统 检测。当针尖刚接触到样品时，悬臂振幅会减小到某 一数值。在扫面样品的过程中，反馈回路维持悬臂振
与以上两种模式比的优点是有效防止了样品对针尖的 黏滞现象和针尖对样品的损坏。当遇到固定不牢的样品时，
用接触式AFM成像使样品因摩擦力和黏滞力被拉起，从而
产生假象。而非接触式成像则分辨率低。不能得到样品的 精细结构形貌，敲击式集中了接触式分辨高和非接触式样
品损坏小的优点。得到了既反映真实形貌又不破坏样品的
AFM的垂直分辨率与针尖无关，而是由AFM 本身决定的。它还与下面的几个因素有关：
1）扫描器分辨率。好的仪器可提供0.1nm 的垂直分辨率。 2）噪音的影响。可提供<0.1nm的噪音影 响。 3）AFM象素影响。可满足最小可分辨率 尺寸。
五、AFM表面分析工具——力学曲线
六、AFM的工作环境
1）真空。STM（扫描隧道显微镜）需要用超高 真空，使用真空可避免大气和水膜的干扰，但操 作复杂。 2) 气相环境。可在空气中操作。但多受样品表 面水膜的干扰。 3）液相环境。适合于生物体、腐蚀或任一液固 面 4）电化学环境。
AFM images of pectin polysaccharides deposited on to mica.
细茵多糖黄原胶
AFM images of xanthan polysaccharides deposited on to mica.
Gellan凝胶多糖
AFM images of gellan polysaccharides deposited on to mica.
图像。 另一优点是它的线性操作范围宽，这为反馈系统提供
了足够高的稳定性，从而得到了样品检测的重现性。
4）升降成像模式
AFM家族中的一些技术需要除去形貌特征而得到 特征信息。在磁力显微镜和静电力显微镜中，首先获得 高度信息，然后把针尖抬到设定的高度（一般为10～
100nm），再沿形貌图线扫描样品，从而得到除去高
宽度为20-40nm。宽度远大于单链分子的估算值，同样的现象
也出现在DNA的AFM观察中。其原因是AFM探针的曲率半径 在5-20nm范围内，不够小，导致扫描时存在增宽效应。
果胶(pectin) 多糖来源于植物细胞壁，对植物也有一系列的
活化功能，是已知存在的最复杂的天然聚合物，在食品和制 药工业上十分重要
二、基本原理
它是用微小的探针“摸索”样品表面来获得信息。当 针尖接近样品时，针尖受到力的作用使悬臂发生偏转或振 幅改变。悬臂的这种变化经检测系统检测后转变成电信号
传递给反馈系统和成像系统，记录扫描过程中的一系列探
针变化就可以获得表面的信息图像。仪器包括检测系统， 扫描系统和反馈系统。(如图1）
1、检测系统
悬臂的偏转或振幅改变可以通过多种方式检测，包括：光
衍射法、光干涉法、隧道电流法、电容检测法等。目前AFM系
统中常用的是激光反射检测系统，简单灵敏。此系统由探针、 激光发生器和光检测器组成。
1）探针（AFM检测器的关键部分）。 由悬臂和悬臂末端的针尖组成 2）光检测器
2、扫描系统 3、反馈控制系统
其功能主要有： 1）提供控制压电转换器x－y方向扫描的驱动电压； 2）在恒力模式下维持来自显微镜检测环路输入模拟信号 在一恒定数值。 恒力模式 反馈模式 恒高度模式
原子力显微镜与前面的两种显微镜相比有明显不同，
它用一个微小的样品探针来“摸索”微观世界。在立体三
维上观察物质的形貌。并能获得探针与样品相互作用的信
息。典型AFM的侧向分辨率（x，y方向）可达到2nm，垂 直分辨率（z方向）小于0.1nm。 特点：操作容易、样品准备简单、操作环境不受限制、 分辨率高等优点。
（ 1µm/512），高质量针尖可以提供1～2nm的分辨率。
由此图可知，在扫描样品尺寸超过1µm ×1µm时，AFM 的侧向分辨率是由采集图像的步宽决定的。
二、针尖因素
AFM成像实际上是针尖形状于表面形貌作用的结果，
针尖的形状是影响侧向分辨率的关键因素。针尖影响AFM
成像主要为：针尖的曲率半径和针尖侧面角（tip
度影响的静电力和磁力分布。该方式针尖和样品的距离 不受形貌的影响，所得到的图像反映针尖与样品产生作
用力的变化，如磁力线分布等。
四、AFM的分辨率
分辨率包括：
侧向分辨率：决定于采集图像的步宽 （step site）和针尖形状。 垂直分辨率
1、步宽因素
图像采集点如图所示，扫描器沿着齿形路线进行扫描， 计算机以一致的步宽取数据点。每幅图像取512×512数 据点计算，扫描1µm× 1µm尺寸图像得到步宽为2nm
食品化学综述
原子力显微技术及其在多糖中的应用
原子力显微镜
一、概述
光学显微镜分辨率一般仅能达到µm级水平。
电子显微镜，以投射或反射的方式成像，最高分辨率可达 5nm。 但同样只能获得样品表面的二维信息。 1986年，Binning，Quate 和 Cerber 发明了第一台原子力显微镜 (atomic force microscope，AFM)。AFM可以用于观察物质表面总电 子密度的形貌，弥补了扫描隧道显微镜(STM)不能观测非导电样品的 缺陷。同时，AFM超越了光和电子波长对显微镜分辨率的限制，可 在三维立体上观察物质的形貌和尺寸，并能获得探针与样品相互作 用的信息。
三、AFM的基本成像模式 包括以下4种：
接触式（contact mode） 非接触式(non- contact mode） 敲击式（tapping mode） 升降式（lift mode）
1)接触式成像模式
在此模式中，针尖与样品表面进行“软接触”。当 探针逐渐靠近样品时，探针表面原子与样品表面原子先 相互吸引，一直到原子间电子云相互静电排斥。这种静
幅在这一数值。当针尖扫描到样品突出区域时，悬臂
共振受到阻碍变大，振幅减小；反之，当针尖扫描到 样品凹陷区域时，悬臂共振受到阻碍变小，振幅增大。
悬臂振幅的变化经检测器检测并输入控制器后，反馈 回路调节针尖和样品的距离，使悬臂振幅保持恒定，反馈 调节是靠改变z方向压电陶瓷管电压完成的。当针尖扫描样
品时，通过记录压电陶瓷管的移动就得到样品表面形貌图。
相互作用越来越明显;ⅲ当探针和样品接触时,悬臂偏转更加明显,作用
力呈线性增加; ⅳ当达到最大偏转时,探针不再前进,开始回缩,此时受 到黏滞力为主的各种力的作用,延缓了样品和探针的分离,ⅴ最后探针
移动到其与样品的距离足以使悬臂的偏转重新为0的位置.
当合力为正值时（排斥），原子相互接触。由于在接
触区域范德华力曲线斜率很高，范德华斥力几乎抵消了使 探针进一步靠近样品表面原子的推力。当探针弹性系数很 小时，悬臂发生弯曲，通过检测这种弯曲就可以进行样品 形貌观察。假如设计很大弹性系数的硬探针给样品表面施