原子力顯微鏡的原理

AFM原子力顯微鏡的原理是利用探針針尖與樣品表面原子間的微弱作用力來作為反饋信號，維持針尖-樣品間作用力恒定，同時針尖在樣品表面掃描，從而得知樣品表面的高低起伏。

因為是利用原子間的范德華力來檢測樣品表面特性，所以，根據吸引力和斥力發(fā)展出兩種操作模式，即接觸模式和非接觸模式。然后，在非接觸模式之上改良，就有了第三種模式輕敲模式。

接觸模式

接觸模式是原子力顯微鏡直接的成像模式，探針針尖始終與樣品表面保持緊密接觸，而相互作用力是排斥力，掃描時，懸臂施加在針尖上的力有可能破壞試樣的表面結構，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樣品表面進行成像。但是垂直方向上有明顯變化的質硬樣品，有時卻更適于用接觸模式掃描成像。

優(yōu)點

掃描速度快，是接觸模式、非接觸模式、輕敲模式三種模式中**能獲得原子級分辨率的模式

缺點

針尖易受損，樣品易變形，圖像扭曲

操作要點

過大的作用力會損壞樣品表面，但較大的的作用力通?？傻玫捷^佳的解析度。因此選擇適當的的作用力，接觸式的操作模式是十分重要的

動圖封面

非接觸模式

為了解決接觸模式可能損壞樣品的缺點而發(fā)展來，利用原子間的長距離吸引力『范德華力』來運作，非接觸模式探測試樣表面時懸臂在距離試樣表面上方5～10nm的距離處振蕩，通常為10-12 N，樣品不會被破壞，而且針尖也不會被污染，特別適合于研究柔嫩物體的表面。

優(yōu)點

對樣品完全沒有損傷

缺點

分辨率低，掃描速度慢，不適用于液體中成像

操作要點

在大氣中操作時，試片表面常會吸附一層水，所以在討論探針和試片交互作用時，必須考慮探針與試片表面水膜間的毛細孔現象

輕敲模式

將非接觸式加以改良，其原理是將探針與樣品距離加近，然后增大振幅，使探針在振盪至波谷時接觸樣品，由于樣品的表面高低起伏，使得振幅改變，再利用類似非接觸式的迴饋控制方式，便能取得高度影像。因此當檢測柔嫩的樣品時，AFM原子力顯微鏡的輕敲模式是*好的選擇之一。

優(yōu)點

很好地消除了橫向力的影響，降低了由吸附液層引起的力，圖像分辨率高，適于觀測軟、易碎或膠黏性樣品，不會損傷其表面

缺點

掃描速度慢