原子力顯微鏡（AtomicForceMicroscope，簡(jiǎn)稱(chēng)AFM）是一種用于研究表面形貌和表面特性的高分辨率掃描探針顯微鏡。它利用微懸臂上的針尖與樣品表面之間的相互作用力來(lái)獲取表面形貌和表面特性信息。AFM可以測(cè)試各種材料表面的形貌、粗糙度、彈性、硬度、化學(xué)反應(yīng)等特性，廣泛應(yīng)用于納米科學(xué)研究領(lǐng)域。AFM測(cè)試的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：1.表面形貌：AFM可以獲取表面形貌的高分辨率圖像，包括表面起伏、溝壑、顆粒大小等特征。這對(duì)于研究表面微觀結(jié)構(gòu)、表面處理效果以及材料性能等方面具有重要意義。2.表面粗糙度：AFM可以測(cè)量表面粗糙度，即表面微小起伏和波紋的幅度和頻率。這對(duì)于研究表面加工質(zhì)量、材料表面處理效果以及摩擦學(xué)等領(lǐng)域具有重要意義。3.彈性：AFM可以測(cè)量樣品的彈性，包括彈性模量和泊松比等參數(shù)。這對(duì)于研究材料力學(xué)性能、材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及納米尺度下的力學(xué)行為等方面具有重要意義。4.硬度：AFM可以測(cè)量樣品的硬度，即針尖在樣品表面劃過(guò)時(shí)所受到的阻力。這對(duì)于研究材料硬度分布、材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及納米尺度下的力學(xué)行為等方面具有重要意義。5.化學(xué)反應(yīng)：AFM可以觀察表面化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，包括化學(xué)反應(yīng)前后表面形貌的變化、化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的生成等； 它通過(guò)檢測(cè)待測(cè)樣品表面和一個(gè)微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來(lái)研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。福建原子力顯微鏡測(cè)試

原子力顯微鏡的工作模式是以針尖與樣品之間的作用力的形式來(lái)分類(lèi)的。主要有以下3種操作模式：接觸模式（contactmode)，非接觸模式（non-contactmode)和敲擊模式(tappingmode）、接觸模式從概念上來(lái)理解，接觸模式是AFM直接的成像模式。AFM在整個(gè)掃描成像過(guò)程之中，探針針尖始終與樣品表面保持緊密的接觸，而相互作用力是排斥力。掃描時(shí)，懸臂施加在針尖上的力有可能破壞試樣的表面結(jié)構(gòu)，因此力的大小范圍在10-10～10-6N。若樣品表面柔嫩而不能承受這樣的力，便不宜選用接觸模式對(duì)樣品表面進(jìn)行成像。非接觸模式非接觸模式探測(cè)試樣表面時(shí)懸臂在距離試樣表面上方5～10nm的距離處振蕩。這時(shí)，樣品與針尖之間的相互作用由范德華力控制，通常為10-12N，樣品不會(huì)被破壞，而且針尖也不會(huì)被污染，特別適合于研究柔嫩物體的表面。這種操作模式的不利之處在于要在室溫大氣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)這種模式十分困難。因?yàn)闃悠繁砻娌豢杀苊獾貢?huì)積聚薄薄的一層水，它會(huì)在樣品與針尖之間搭起一小小的毛細(xì)橋，將針尖與表面吸在一起，從而增加對(duì)表面的壓力。蚌埠原子力顯微鏡測(cè)試技術(shù)微懸臂頂端有一個(gè)尖銳針尖，用來(lái)檢測(cè)樣品－針尖間的相互作用力。

    原子力顯微鏡（AtomicForceMicroscope，AFM），通過(guò)檢測(cè)待測(cè)樣品表面和一個(gè)微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來(lái)研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。將一對(duì)微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時(shí)它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發(fā)生形變或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。掃描樣品時(shí)，利用傳感器檢測(cè)這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級(jí)分辨率獲得表面形貌結(jié)構(gòu)信息及表面粗糙度信息。AFM是通過(guò)檢測(cè)原子間極微弱的相互作用力來(lái)研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。其基本原理為原子間距離靠近，對(duì)外體現(xiàn)排斥作用力，原子距離遠(yuǎn)離，則體現(xiàn)相互吸引力，如圖。原子力顯微鏡主要分為以下部件：探針針尖、懸臂、激光、PSD光電檢測(cè)器、反饋成像系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，將一個(gè)對(duì)微弱力極敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，針尖與樣品表面輕輕接觸，由于針尖原子與樣品表面原子間存在極微弱的排斥力，通過(guò)在掃描時(shí)這種力的恒定，帶有針尖的微懸臂將對(duì)應(yīng)于針尖與樣品表面原子間作用力的等位面而在垂直于樣品的表面方向起伏運(yùn)動(dòng)。利用激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)聚焦在微懸臂背面，并從微懸臂背面反射到由光電二極管構(gòu)成的光斑位置檢測(cè)器，此時(shí)。

原子力顯微鏡的工作模式是以針尖與樣品之間的作用力的形式來(lái)分類(lèi)的。主要有以下3種操作模式：接觸模式（contact mode) ，非接觸模式（ non - contact mode) 和敲擊模式( tapping mode）。接觸模式從概念上來(lái)理解，接觸模式是AFM直接的成像模式。AFM 在整個(gè)掃描成像過(guò)程之中，探針針尖始終與樣品表面保持緊密的接觸，而相互作用力是排斥力。掃描時(shí)，懸臂施加在針尖上的力有可能破壞試樣的表面結(jié)構(gòu)，因此力的大小范圍在10 - 10～10 - 6 N。若樣品表面柔嫩而不能承受這樣的力，便不宜選用接觸模式對(duì)樣品表面進(jìn)行成像。非接觸模式非接觸模式探測(cè)試樣表面時(shí)懸臂在距離試樣表面上方5～10 nm 的距離處振蕩。這時(shí)，樣品與針尖之間的相互作用由范德華力控制，通常為10 - 12 N ，樣品不會(huì)被破壞，而且針尖也不會(huì)被污染，特別適合于研究柔嫩物體的表面。這種操作模式的不利之處在于要在室溫大氣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)這種模式十分困難。因?yàn)闃悠繁砻娌豢杀苊獾貢?huì)積聚薄薄的一層水，它會(huì)在樣品與針尖之間搭起一小小的毛細(xì)橋，將針尖與表面吸在一起，從而增加對(duì)表面的壓力。掃描樣品時(shí)，利用傳感器檢測(cè)這些變化，就可獲得作用力分布信息；

原子力顯微鏡是在1986年由掃描隧道顯微鏡(ScanningTunnelingMicroscope)的發(fā)明者之一的葛賓尼(GerdBinnig)博士在美國(guó)斯坦福大學(xué)與C.FQuate和C.Gerber等人研制成功的。[1]它主要由帶針尖的微懸臂、微懸臂運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置、監(jiān)控其運(yùn)動(dòng)的反饋回路、使樣品進(jìn)行掃描的壓電陶瓷掃描器件、計(jì)算機(jī)控制的圖像采集、顯示及處理系統(tǒng)組成。微懸臂運(yùn)動(dòng)可用如隧道電流檢測(cè)等電學(xué)方法或光束偏轉(zhuǎn)法、干涉法等光學(xué)方法檢測(cè)，當(dāng)針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時(shí)，檢測(cè)該斥力可獲得表面原子級(jí)分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級(jí)水平。AFM測(cè)量對(duì)樣品無(wú)特殊要求，可測(cè)量固體表面、吸附體系等；因而，通過(guò)光電二極管檢測(cè)光斑位置的變化，就能獲得被測(cè)樣品表面形貌的信息。宜春原子力顯微鏡測(cè)試技術(shù)

原子力顯微鏡是由IBM公司蘇黎世研究中心的格爾德·賓寧于一九八五年所發(fā)明的；福建原子力顯微鏡測(cè)試

原子力顯微鏡的基本原理是：將一個(gè)對(duì)微弱力極敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，針尖與樣品表面輕輕接觸，由于針尖原子與樣品表面原子間存在極微弱的排斥力，通過(guò)在掃描時(shí)控制這種力的恒定，帶有針尖的微懸臂將對(duì)應(yīng)于針尖與樣品表面原子間作用力的等位面而在垂直于樣品的表面方向起伏運(yùn)動(dòng)。利用光學(xué)檢測(cè)法或隧道電流檢測(cè)法，可測(cè)得微懸臂對(duì)應(yīng)于掃描各點(diǎn)的位置變化，從而可以獲得樣品表面形貌的信息。我們以激光檢測(cè)原子力顯微鏡（AtomicForceMicroscopeEmployingLaserBeamDeflectionforForceDetection,Laser-AFM）來(lái)詳細(xì)說(shuō)明其工作原理。福建原子力顯微鏡測(cè)試