AFM（Atomic Force Microscope），即原子力顯微鏡，是一種高分辨率的掃描探針顯微鏡技術(shù)，由Gerd Binnig、Heinrich Rohrer和Calvin Quate于1986年共同發(fā)明。它利用微懸臂上的尖細(xì)探針與樣品表面之間的相互作用力來(lái)探測(cè)樣品的表面形貌和物理性質(zhì)，具有原子級(jí)的分辨率。AFM的主要工作模式包括以下幾種：

一、接觸模式（Contact Mode）

定義：又稱(chēng)為靜態(tài)AFM原子力顯微鏡，在掃描樣品過(guò)程中，探針J端始終與樣品保持接觸。

原理：當(dāng)針尖輕輕掃過(guò)樣品表面時(shí)，接觸的力量引起懸臂彎曲，進(jìn)而得到樣品的表面圖形。

特點(diǎn)：

通常情況下，接觸模式都可以產(chǎn)生穩(wěn)定的、分辨率高的圖像。

由于是接觸式掃描，在接觸樣品時(shí)可能會(huì)使樣品表面彎曲，多次掃描后，針尖或樣品有鈍化現(xiàn)象。

可以通過(guò)改變樣品的上下高度來(lái)調(diào)節(jié)針尖與樣品表面之間的距離，樣品的高度值較準(zhǔn)確，適用于物質(zhì)的表面分析。

在恒高模式中，保持樣品與針尖的相對(duì)高度不變，直接測(cè)量出微懸臂的偏轉(zhuǎn)情況，即掃描器在Z方向上的移動(dòng)情況來(lái)獲得圖像。這種模式對(duì)樣品高度的變化較為敏感，可實(shí)現(xiàn)樣品的快速掃描，適用于分子、原子的圖像的觀察。

二、非接觸模式（Non-Contact Mode）

定義：針尖在樣品表面的上方振動(dòng)，始終不與樣品接觸。

原理：探測(cè)器檢測(cè)的是范德華作用力和靜電力等對(duì)成像樣品沒(méi)有破壞的長(zhǎng)程作用力。

特點(diǎn)：

由于為非接觸狀態(tài)，對(duì)于研究柔軟或有彈性的樣品較佳，針尖或樣品表面不會(huì)有鈍化效應(yīng)。

需要使用較堅(jiān)硬的懸臂以防止與樣品接觸，所得到的信號(hào)更小，需要更靈敏的裝置。

當(dāng)針尖和樣品之間的距離較長(zhǎng)時(shí)，分辨率較低。

操作相對(duì)較難，通常不適用于在液體中成像，在生物中的應(yīng)用也很少。

三、輕敲模式（Tapping Mode）

定義：又稱(chēng)振幅調(diào)制模式原子力顯微鏡。

原理：掃描時(shí)通過(guò)調(diào)制壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器使帶針尖的微懸臂以某一高頻的共振頻率和0.01~1nm的振幅在Z方向上共振，同時(shí)反饋系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整樣品與針尖間距來(lái)控制微懸臂振幅與相位，記錄樣品的上下移動(dòng)情況，即在Z方向上掃描器的移動(dòng)情況來(lái)獲得圖像。

特點(diǎn)：

適用于柔軟、易脆和粘附性較強(qiáng)的樣品，且不對(duì)它們產(chǎn)生破壞，適合在液體中成像。

由于微懸臂的高頻振動(dòng)，針尖與樣品之間頻繁接觸的時(shí)間相當(dāng)短，因此降低了對(duì)樣品的破壞。

在高分子聚合物的結(jié)構(gòu)研究和生物大分子的結(jié)構(gòu)研究中應(yīng)用廣泛。

總的來(lái)說(shuō)，AFM原子力顯微鏡的這三種工作模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的樣品和研究需求。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)樣品的特性和研究目的選擇合適的工作模式。