原子力顯微鏡是一種納米級分辨率的成像技術(shù)，通過探針與樣品表面接觸進(jìn)行研究。AFM原子力顯微鏡可以檢測很多樣品，提供表面研究和生產(chǎn)控制或流程發(fā)展的數(shù)據(jù)，這些都是常規(guī)掃描型表面粗糙度儀及電子顯微鏡所不能提供的。

原子力顯微鏡的功能

1、表面形貌的表征

通過檢測探針-樣品作用力可表征樣品表面的三維形貌，這是AFM原子力顯微鏡*基本的功能。由于表面的高低起伏狀態(tài)能夠準(zhǔn)確地以數(shù)值的形式獲取，對表面整體圖像進(jìn)行分析可得到樣品表面的粗糙度、顆粒度、平均梯度、孔結(jié)構(gòu)和孔徑分布等參數(shù);對小范圍表面圖像分析還可得到表面物質(zhì)的晶形結(jié)構(gòu)、聚集狀態(tài)、分子的結(jié)構(gòu)、面積和表面積及體積等;通過一定的軟件也可對樣品的形貌進(jìn)行豐富的三維模擬顯示如等高線顯示法、亮度-高度對應(yīng)法等，亦可轉(zhuǎn)換不同的視角，讓圖像更適于人的直觀視覺。

2、表面物化屬性的表征

原子力顯微鏡的一種重要的測量方法是力-距離曲線，它包含了豐富的針尖-樣品作用信息。在探針接近甚至壓入樣品表面又隨后離開的過程中，測量并記錄探針?biāo)艿降牧?，就得到針尖和樣品間的力-距離曲線。

通過分析針尖-樣品作用力，就能夠了解樣品表面區(qū)域的各種性質(zhì)如壓彈性、粘彈性、硬度等物理屬性;若樣品表面是有機(jī)物或生物分子，還可通過探針與分子的結(jié)合拉伸了解物質(zhì)分子的拉伸彈性、聚集狀態(tài)或空間構(gòu)象等物理化學(xué)屬性;若用蛋白受體或其它生物大分子對探針進(jìn)行修飾，探針則會具有特定的分子識別功能，從而了解樣品表面分子的種類與分布等生物學(xué)特性。

3、AFM原子力顯微鏡的功能拓展

根據(jù)針尖與樣品材料的不同及針尖-樣品距離的不同，針尖-樣品作用力可以是原子間斥力、范德瓦爾斯吸引力、彈性力、粘附力、磁力和靜電力以及針尖在掃描時產(chǎn)生的摩擦力。

目前，通過控制并檢測針尖——樣品作用力，原子力顯微鏡已經(jīng)發(fā)展成為掃描探針顯微鏡家族，不僅可以高分辨率表征樣品表面形貌，還可分析與作用力相應(yīng)的表面性質(zhì)。摩擦力顯微鏡可分析研究材料的摩擦系數(shù);磁力顯微鏡可研究樣品表面的磁疇分布，成為分析磁性材料的強(qiáng)有力工具;利用電力顯微鏡可分析樣品表面電勢、薄膜的介電常數(shù)和沉積電荷等。另外，AFM原子力顯微鏡還可對原子和分子進(jìn)行操縱、修飾和加工，并設(shè)計(jì)和創(chuàng)造出新的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)。