原子力顯微鏡（AFM）是一種具有原子級(jí)別高分辨率的新型表面分析儀器，它不但能像掃描隧道顯微鏡（STM）那樣觀察導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料的表面現(xiàn)象，而且能用來觀察諸如玻璃、陶瓷等非導(dǎo)體表面的微觀結(jié)構(gòu)，原子力顯微鏡還可以在氣體、水和油中無損傷地直接觀察物體，大大地拓展了顯微技術(shù)在生命科學(xué)、物理、化學(xué)、材料科學(xué)和表面科學(xué)等領(lǐng)域中的應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

 

與電子顯微鏡相比，原子力顯微鏡有很多方面的優(yōu)勢(shì)：如樣品準(zhǔn)備簡(jiǎn)單，樣品導(dǎo)電與否都能適合該儀器;操作環(huán)境不受限制，即可以在真空，也可以在大氣中進(jìn)行;并且可以對(duì)所測(cè)區(qū)域的面粗糙度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)等等。

 

原子力顯微鏡的工作原理：

 

原子力顯微鏡是利用一個(gè)對(duì)力敏感的探針針尖與樣品之間的相互作用力來實(shí)現(xiàn)表面成像的。將一個(gè)對(duì)微弱力極敏感的彈性微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，針尖與樣品的表面輕輕接觸，由于針尖原子與樣品表面原子間存在極微弱的作用力(10^-8～10^-6N)，微懸臂會(huì)發(fā)生微小的彈性形變。

 

原子力顯微鏡針尖和樣品之間的力F與微懸臂的形變Δz之間遵循胡克定律F=kΔz，其中，k為微懸臂的力常數(shù)。測(cè)定微懸臂形變量的大小，就可以獲得針尖與樣品之間作用力的大小。針尖與樣品之間的作用力與距離有著強(qiáng)烈的依賴關(guān)系，所以在掃描過程中利用反饋回路保持針尖和樣品之間的作用力恒定，即保持微懸臂的形變量不變，針尖就會(huì)隨表面的起伏上下移動(dòng)。記錄針尖上下運(yùn)動(dòng)的軌跡即可得到樣品表面形貌的信息。這種檢測(cè)方式被稱為“恒力”模式，是原子力顯微鏡使用Z廣泛的掃描方式。

 

原子力顯微鏡的圖像也可以使用“恒高”模式來獲得，也就是在x、y掃描過程中，不使用反饋回路，保持針尖與參考水平面之間的距離恒定，檢測(cè)器直接測(cè)量微懸臂z方向的形變量來成像。這種方式由于不使用反饋回路，可以采用更高的掃描速度，通常在觀察原子、分子像時(shí)用得比較多，而對(duì)于表面起伏較大的樣品不適合。