原子力显微镜（Atomic Force Microscope ，AFM）：是在扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscopy STM )基础上发展而来的。利用原子之间的范德华力（Van Der Waals Force）作用来呈现样品的表面特性。

原于力显微镜与常用的显微镜相比有明显不同，它用一个微小的探针来“摸索”微观世界. AFM超越了光和电子波长对显微镜分辨率的限制，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，垂直分辩牢(Z方向)小于0.1 nm．AFM具有操作客易、样品准备简单、操作环境不受限制、分辨率高等优点。

成像原理：

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在原子力显微镜的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统。

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1.力检测部分：在原子力显微镜（AFM）的系统中，所要检测的力是原子与原子之间的范德华力。所以在本系统中是使用微小悬臂（cantilever）来检测原子之间力的变化量。这微小悬臂有一定的规格，例如：长度、宽度、弹性系数以及针尖的形状，而这些规格的选择是依照样品的特性，以及操作模式的不同，而选择不同类型的探针。

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2.位置检测部分：在原子力显微镜（AFM）的系统中，当针尖与样品之间有了交互作用之后，会使得悬臂（cantilever）摆动，所以当激光照射在cantilever的末端时，其反射光的位置也会因为cantilever摆动而有所改变，这就造成偏移量的产生。在整个系统中是依靠激光光斑位置检测器将偏移量记录下并转换成电的信号，以供控制器作信号处理。

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3.反馈系统：在原子力显微镜（AFM）的系统中，将信号经由激光检测器取入之后，在反馈系统中会将此信号当作反馈信号，作为内部的调整信号，并驱使通常由压电陶瓷管制作的扫描器做适当的移动，以保持样品与针尖保持合适的作用力。

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小结： 

       原子力显微镜（AFM）便是结合以上三个部分来将样品的表面特性呈现出来的：在原子力显微镜（AFM）的系统中，使用微小悬臂（cantilever）来感测针尖与样品之间的交互作用，测得作用力。这作用力会使cantilever摆动，再利用激光将光照射在cantilever的末端，当摆动形成时，会使反射光的位置改变而造成偏移量，此时激光检测器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整，最后再将样品的表面特性以影像的方式给呈现出来。

三种工作模式：

接触模式 (contact mode) ：针尖始终向样品接触并简单地在表面上移动，针尖—样品间的相互作用力是互相接触原于的电子间存在的库仑排斥力，其大小通常为10－8 -10－11N。

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优点：可产生稳定、高分辨图像。

缺点：可能使样品产生相当大的变形，对柔软的样品造成破坏，以及破坏探针，严重影响AFM成像质量。
非接触模式 (non-contact mode):相互作用力是范德华吸引力，远小于排斥力。 微悬臂以共振频率振荡，通过控制微悬臂振幅恒定来获得样品表面信息的。

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优点：对样品无损伤
 缺点：   1）分辨率要比接触式的低。

             2）气体的表面压吸附到样品表面，造成图像 数据不稳定和对样品的破坏。
轻敲模式 (tapping  / intermittent contact mode)：介于接触模式和非接触模式之间，其特点是扫描过程中微悬臂也是振荡的并具有比非接触模式更大的振幅(5~100nm)，针尖在振荡时间断地与样品接触。

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特点：

    1）分辨率几乎同接触模式一样好；

    2）接触非常短暂，因此剪切力引起的对样品的破坏几乎完全消失。

AFM可以在大气、真空、低温和高温、不同气氛以及溶液等各种环境下工作，且不受样品导电性质的限制，因此已获得比STM更为广泛的应用。主要用途：
1. 导体、半导体和绝缘体表面的高分辨成像
2. 生物样品、有机膜的高分辨成像
3. 表面化学反应研究
4. 纳米加工与操纵
5. 超高密度信息存储
6. 分子间力和表面力研究
7 摩擦学及各种力学研究
8 在线检测和质量控制………………