原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy，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)，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。
AFM主要由掃描隧道顯微鏡(STM)發(fā)展而來，其基本原理相似。AFM 通過一個(gè)微小的針尖與樣品表面相互作用，以實(shí)現(xiàn)高分辨率的表面成像。針尖與樣品之間的相互作用力可以是吸引力或斥力。根據(jù)針尖與樣品表面之間的距離和作用力的性質(zhì)，AFM 主要有三種成像模式：接觸模式、非接觸模式和輕敲模式。
1.接觸模式：針尖與樣品表面距離較小，利用原子間的斥力。這種模式可以獲得高解析度圖像，但可能導(dǎo)致樣品變形和針尖受損。接觸模式不適合于表面柔軟的材料。
2.非接觸模式：針尖距離樣品 5-20 納米，利用原子間的吸引力。這種模式不損傷樣品表面，可測試表面柔軟樣品，但分辨率較低，有誤判現(xiàn)象。
3.輕敲模式：針尖在掃描過程中周期性地接觸和離開樣品表面，以減少表面損傷和提高成像分辨率。
AFM的出現(xiàn)，極大地推動(dòng)了納米科技的發(fā)展。在材料科學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)家利用AFM研究納米材料的表面形貌、粗糙度、力學(xué)性質(zhì)等，為設(shè)計(jì)更先進(jìn)的功能材料提供了寶貴數(shù)據(jù)。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，AFM成為解析生物分子結(jié)構(gòu)、細(xì)胞膜動(dòng)態(tài)變化及細(xì)胞間相互作用的重要工具，助力新藥研發(fā)與疾病診斷。此外，在半導(dǎo)體工業(yè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)乃至環(huán)境科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，AFM都發(fā)揮著非常重要的作用。
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