AtomicForceMicroscope 原子力(li)顯微(wei)鏡 ,AFM，是一(yi)種用(yong)于(yu)研(yan)(yan)究固體材料表面(mian)(mian)結(jie)構(gou)的(de)(de)分析儀。該系統利用(yong)探(tan)測被測樣品表面(mian)(mian)與(yu)微(wei)量力(li)敏(min)元件之(zhi)間具有非常(chang)微(wei)弱的(de)(de)原子間相(xiang)互作(zuo)用(yong)力(li)，研(yan)(yan)究了(le)物(wu)質的(de)(de)表面(mian)(mian)結(jie)構(gou)及(ji)其性質。把一(yi)對弱力(li)極敏(min)感的(de)(de)微(wei)懸臂一(yi)端(duan)(duan)固定在一(yi)端(duan)(duan)，另(ling)一(yi)端(duan)(duan)的(de)(de)微(wei)小針(zhen)尖靠近樣品，當與(yu)樣品相(xiang)互作(zuo)用(yong)時，作(zuo)用(yong)力(li)會使懸臂變(bian)(bian)形或改變(bian)(bian)運動狀態(tai)。用(yong)傳(chuan)感器(qi)對掃描樣品進行測量，可以(yi)得到力(li)場分布的(de)(de)信息(xi)，從而獲得材料的(de)(de)納米尺度(du)的(de)(de)表面(mian)(mian)結(jie)構(gou)信息(xi)和表面(mian)(mian)粗(cu)糙度(du)信息(xi)。

運作方式：

AFM工作原理

在(zai)一(yi)(yi)端固定(ding)一(yi)(yi)端，另一(yi)(yi)端有(you)一(yi)(yi)小(xiao)針，針尖與試樣(yang)表面輕(qing)輕(qing)地接觸，對(dui)弱力非常敏感(gan)。因為針尖尖原子與樣(yang)品(pin)表面原子之間存在(zai)很弱的(de)作用(yong)力，使(shi)得懸臂產生(sheng)微小(xiao)的(de)偏轉。該方法(fa)通過對(dui)掃描各點(dian)位置變化(hua)進行(xing)檢測，利(li)用(yong)反饋控制(zhi)其(qi)排斥力的(de)恒定(ding)，實現(xian)了對(dui)掃描各點(dian)位置變化(hua)的(de)測量，從而得到樣(yang)品(pin)表面形(xing)貌圖像(xiang)。

運行方式：

AFM的工作方(fang)式(shi)按針尖和試樣(yang)的作用(yong)方(fang)式(shi)進行分類(lei)。觸(chu)擊(ji)(ji)式(shi)(contactmode)、不觸(chu)擊(ji)(ji)式(shi)(non-contactmode)和敲擊(ji)(ji)式(shi)(tappingmode)三(san)種操作方(fang)式(shi)。

AFM工作模式的研究。

觸點方式：

觸擊方式(shi)是AFM最(zui)直(zhi)接(jie)的(de)(de)成(cheng)像(xiang)方式(shi)，從概(gai)念(nian)上理解。在AFM掃描成(cheng)像(xiang)過程(cheng)中，探(tan)針(zhen)針(zhen)尖(jian)和試樣表面(mian)始(shi)終(zhong)保持緊密接(jie)觸，互(hu)相(xiang)作(zuo)(zuo)用為排(pai)斥(chi)力(li)。由懸臂作(zuo)(zuo)用于(yu)針(zhen)尖(jian)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用力(li)會破壞樣品(pin)的(de)(de)表面(mian)結構，從而(er)使掃描時(shi)所受(shou)的(de)(de)壓力(li)范圍為10~10-6N。如(ru)果試樣表面(mian)柔軟，承(cheng)受(shou)不了這種作(zuo)(zuo)用力(li)，則不宜(yi)選擇接(jie)觸方式(shi)對試樣表面(mian)成(cheng)像(xiang)。

無觸點方式：

當(dang)懸臂在(zai)距樣(yang)品表(biao)(biao)(biao)面(mian)以上(shang)5~10nm的距離上(shang)振動時，非接(jie)觸方(fang)式(shi)探測樣(yang)品表(biao)(biao)(biao)面(mian)。在(zai)這(zhe)段(duan)時間內，試(shi)樣(yang)和(he)針(zhen)尖的相互作用是由范德(de)華(hua)力(li)控(kong)制的，一般為10-12N，試(shi)樣(yang)不會(hui)被(bei)破壞，且(qie)針(zhen)尖不受(shou)污染，尤(you)其適用于對柔(rou)軟物體的研(yan)究。該運行方(fang)式(shi)的缺(que)點(dian)是，該模式(shi)很(hen)難在(zai)室溫大氣環境中實現(xian)。由于試(shi)樣(yang)表(biao)(biao)(biao)面(mian)不可避免地(di)會(hui)積聚(ju)一層水份(fen)，所以就在(zai)試(shi)樣(yang)和(he)針(zhen)尖之間搭(da)起(qi)一小片毛細橋，使(shi)針(zhen)尖和(he)表(biao)(biao)(biao)面(mian)接(jie)觸，從(cong)而增加針(zhen)頭對表(biao)(biao)(biao)面(mian)的壓(ya)力(li)。

擊打方式：

擊打方式介于(yu)觸擊式與(yu)(yu)不觸擊式之(zhi)間(jian)，屬(shu)于(yu)雜化性(xing)概念。試(shi)(shi)樣表面上方的(de)懸臂以共振頻率(lv)振蕩，而針(zhen)(zhen)尖只是(shi)周期性(xing)地與(yu)(yu)樣品(pin)表面接觸/撞擊。也就(jiu)是(shi)說，針(zhen)(zhen)尖與(yu)(yu)樣品(pin)接觸時，產生的(de)側向力(li)將顯著降低。所以，在對柔軟試(shi)(shi)樣進行檢測(ce)(ce)時，AFM敲擊方式是(shi)。當(dang)AFM開始對樣本進行成象掃(sao)描后，設備立即將相(xiang)關數據輸入(ru)系統，例如表面粗糙度，平均(jun)高度，峰谷(gu)頂點之(zhi)間(jian)的(de)距離等，用(yong)于(yu)物體表面分析。此(ci)外(wai)，AFM還能(neng)完成測(ce)(ce)力(li)工作，通(tong)過測(ce)(ce)量懸臂彎折度來確定針(zhen)(zhen)尖和試(shi)(shi)樣的(de)受力(li)大小。

三種模式對比：

觸擊模(mo)式(ContactMode)：

優勢：掃描速度快，是AFM在垂直(zhi)方(fang)向發生明顯變化的(de)能得(de)到“原(yuan)子分(fen)辨率"圖(tu)像(xiang)的(de)硬質樣品，有時(shi)更適合用ContactMode掃描。

劣勢(shi)：側向力影響圖像質量。由于樣(yang)品(pin)表面的(de)毛細作用(yong)，使得針尖和試樣(yang)之間的(de)粘(zhan)附力非常(chang)強(qiang)。側向力和粘(zhan)著(zhu)力的(de)聯(lian)合作用(yong)使圖象的(de)空間分(fen)辨(bian)率下降，而針尖刮傷樣(yang)品(pin)也會破(po)壞軟質樣(yang)品(pin)(例如生物樣(yang)品(pin)、聚合體等(deng))。

不觸擊(ji)模式(Non-contactMode)：

好處：不需受(shou)試(shi)樣面。

缺(que)陷(xian)：由于針(zhen)尖(jian)從試樣(yang)上(shang)分離，橫向分辨率(lv)較低；為避免與吸附層接觸而造成針(zhen)尖(jian)膠的粘連(lian)，掃描速度較慢。一般(ban)只在怕水的樣(yang)品上(shang)使用(yong)，吸收液(ye)層必(bi)須薄，如(ru)果過(guo)厚，針(zhen)尖(jian)就會落(luo)入液(ye)體層，造成反饋不(bu)穩(wen)定(ding)，刮擦試樣(yang)。因為以(yi)上(shang)缺(que)陷(xian)，non-contactMode的使用(yong)是有限的。

敲擊模(mo)式(shi)(TappingMode)：

優勢：可以很好地消除(chu)側向力(li)。減小了吸收液(ye)層(ceng)所產生(sheng)的成(cheng)像分(fen)辨率高、適合觀(guan)察(cha)軟質、易碎、膠(jiao)粘性的樣品(pin)，不會對其表面造成(cheng)損傷。

劣勢：掃(sao)描速度比ContactMode慢。：

AFM優勢：

AFM技術樣品制備簡便，甚至不需處理(li)，對樣品破壞性遠小(xiao)于其它常用(yong)方法。

AFM可以在(zai)包括空氣、液體和真(zhen)空在(zai)內的各種(zhong)環境中工作，生物分子可以在(zai)生理條件下直(zhi)接成(cheng)像，也可以實時觀測活細胞的運動狀態。