AtomicForceMicroscope 原子(zi)力(li)(li)顯微(wei)鏡 ,AFM，是一(yi)種用于(yu)研究固體材料表(biao)(biao)(biao)面結(jie)(jie)構的分析儀。該系統利用探測被測樣(yang)(yang)品表(biao)(biao)(biao)面與微(wei)量力(li)(li)敏元件之間具有(you)非(fei)常(chang)微(wei)弱的原子(zi)間相(xiang)互(hu)作(zuo)用力(li)(li)，研究了物質的表(biao)(biao)(biao)面結(jie)(jie)構及(ji)其性質。把一(yi)對(dui)弱力(li)(li)極(ji)敏感的微(wei)懸臂一(yi)端固定在一(yi)端，另一(yi)端的微(wei)小針(zhen)尖靠(kao)近樣(yang)(yang)品，當與樣(yang)(yang)品相(xiang)互(hu)作(zuo)用時(shi)，作(zuo)用力(li)(li)會使(shi)懸臂變形或改變運(yun)動狀態。用傳感器對(dui)掃描樣(yang)(yang)品進行(xing)測量，可以得(de)到力(li)(li)場分布的信(xin)息，從而獲得(de)材料的納米尺度的表(biao)(biao)(biao)面結(jie)(jie)構信(xin)息和表(biao)(biao)(biao)面粗糙度信(xin)息。

運作方式：

AFM工作原理

在(zai)一(yi)端(duan)固(gu)定(ding)一(yi)端(duan)，另(ling)一(yi)端(duan)有一(yi)小(xiao)針，針尖與(yu)試樣表面輕輕地接觸(chu)，對(dui)(dui)弱力非常敏感。因為針尖尖原子與(yu)樣品表面原子之間存在(zai)很弱的作用力，使得(de)(de)懸臂(bei)產生微(wei)小(xiao)的偏轉。該方(fang)法通(tong)過對(dui)(dui)掃(sao)描各點位置變(bian)化(hua)(hua)進行檢(jian)測(ce)，利(li)用反饋控制其排(pai)斥力的恒定(ding)，實現了對(dui)(dui)掃(sao)描各點位置變(bian)化(hua)(hua)的測(ce)量，從(cong)而得(de)(de)到(dao)樣品表面形貌(mao)圖像。

運行方式：

AFM的(de)工作(zuo)方(fang)式(shi)按針尖和試樣(yang)的(de)作(zuo)用方(fang)式(shi)進(jin)行分類(lei)。觸擊(ji)式(shi)(contactmode)、不觸擊(ji)式(shi)(non-contactmode)和敲擊(ji)式(shi)(tappingmode)三(san)種操作(zuo)方(fang)式(shi)。

AFM工作模式的(de)研究。

觸點方式：

觸(chu)(chu)擊方(fang)式是AFM最(zui)直接(jie)的(de)(de)成(cheng)像方(fang)式，從概念(nian)上理解(jie)。在(zai)AFM掃(sao)描(miao)成(cheng)像過程中(zhong)，探針針尖和試樣(yang)表面(mian)始終保持緊密接(jie)觸(chu)(chu)，互(hu)相作用(yong)為排斥力(li)(li)。由懸(xuan)臂作用(yong)于針尖的(de)(de)作用(yong)力(li)(li)會破(po)壞樣(yang)品的(de)(de)表面(mian)結構，從而使掃(sao)描(miao)時所受(shou)的(de)(de)壓力(li)(li)范(fan)圍為10~10-6N。如果試樣(yang)表面(mian)柔軟，承(cheng)受(shou)不了這種(zhong)作用(yong)力(li)(li)，則不宜(yi)選擇接(jie)觸(chu)(chu)方(fang)式對試樣(yang)表面(mian)成(cheng)像。

無觸點方式：

當懸(xuan)臂(bei)在距(ju)樣(yang)(yang)品表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)以上(shang)5~10nm的距(ju)離上(shang)振動時，非接觸(chu)方(fang)式(shi)探測樣(yang)(yang)品表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)。在這(zhe)段(duan)時間(jian)內，試(shi)樣(yang)(yang)和(he)針(zhen)尖(jian)(jian)的相互作用是由(you)范德華力控制(zhi)的，一(yi)(yi)般為10-12N，試(shi)樣(yang)(yang)不會(hui)被破(po)壞，且針(zhen)尖(jian)(jian)不受污染，尤其適(shi)用于對柔軟物(wu)體的研究。該(gai)運行(xing)方(fang)式(shi)的缺點是，該(gai)模式(shi)很難在室溫大氣環境中(zhong)實現。由(you)于試(shi)樣(yang)(yang)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)不可避免地會(hui)積(ji)聚一(yi)(yi)層(ceng)水份，所以就在試(shi)樣(yang)(yang)和(he)針(zhen)尖(jian)(jian)之間(jian)搭起一(yi)(yi)小片(pian)毛(mao)細橋，使針(zhen)尖(jian)(jian)和(he)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)接觸(chu)，從而增加針(zhen)頭對表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的壓力。

擊打方式：

擊打方(fang)(fang)式(shi)介于(yu)觸(chu)擊式(shi)與不觸(chu)擊式(shi)之(zhi)間，屬于(yu)雜化性(xing)概念(nian)。試樣(yang)表(biao)面上方(fang)(fang)的(de)懸臂(bei)以(yi)共(gong)振頻率振蕩，而針(zhen)尖只是周(zhou)期性(xing)地(di)與樣(yang)品(pin)表(biao)面接(jie)觸(chu)/撞擊。也(ye)就是說，針(zhen)尖與樣(yang)品(pin)接(jie)觸(chu)時，產生的(de)側向力將(jiang)(jiang)顯著降低(di)。所以(yi)，在(zai)對柔(rou)軟(ruan)試樣(yang)進行檢測(ce)時，AFM敲擊方(fang)(fang)式(shi)是。當AFM開始對樣(yang)本(ben)進行成(cheng)象掃描后，設備(bei)立即將(jiang)(jiang)相關數據輸入系統(tong)，例如表(biao)面粗糙(cao)度，平(ping)均高(gao)度，峰谷(gu)頂點之(zhi)間的(de)距離等(deng)，用于(yu)物體表(biao)面分析。此外，AFM還能完(wan)成(cheng)測(ce)力工作，通(tong)過測(ce)量懸臂(bei)彎(wan)折(zhe)度來確定針(zhen)尖和試樣(yang)的(de)受力大(da)小。

三種模式對比：

觸(chu)擊模式(ContactMode)：

優勢：掃描速度快，是AFM在垂直方向發生明顯(xian)變化的能得到“原子分辨率"圖像(xiang)的硬(ying)質樣品，有時更適合用(yong)ContactMode掃描。

劣勢：側(ce)向力(li)影響圖像(xiang)質(zhi)(zhi)量。由于樣(yang)品表面的(de)(de)毛細作用，使得針尖和試樣(yang)之間的(de)(de)粘附力(li)非常強。側(ce)向力(li)和粘著力(li)的(de)(de)聯(lian)合作用使圖象的(de)(de)空間分辨率下降，而針尖刮傷樣(yang)品也(ye)會破壞軟質(zhi)(zhi)樣(yang)品(例如生物樣(yang)品、聚合體等(deng))。

不(bu)觸(chu)擊模式(Non-contactMode)：

好處：不需受試樣面。

缺(que)陷(xian)：由于針(zhen)(zhen)尖(jian)從試樣(yang)上(shang)分離，橫向分辨率較低；為(wei)避免與吸附層接(jie)觸而造(zao)成針(zhen)(zhen)尖(jian)膠的粘連，掃描速(su)度較慢(man)。一(yi)般只在怕(pa)水的樣(yang)品上(shang)使用(yong)，吸收(shou)液層必須(xu)薄，如(ru)果過厚，針(zhen)(zhen)尖(jian)就會落(luo)入(ru)液體層，造(zao)成反饋不穩定，刮擦試樣(yang)。因為(wei)以上(shang)缺(que)陷(xian)，non-contactMode的使用(yong)是有限的。

敲擊模式(TappingMode)：

優勢：可以很(hen)好地消除(chu)側向(xiang)力。減小了吸(xi)收液(ye)層所產生的成像分辨(bian)率(lv)高、適合(he)觀察(cha)軟(ruan)質(zhi)、易碎、膠粘性的樣品，不(bu)會對其表面造成損傷(shang)。

劣(lie)勢：掃描速度比ContactMode慢。：

AFM優勢：

AFM技(ji)術樣(yang)品(pin)制備簡便，甚至(zhi)不(bu)需處理，對(dui)樣(yang)品(pin)破壞性遠小于(yu)其它常用方法。

AFM可(ke)以在(zai)包(bao)括空氣、液體(ti)和真空在(zai)內的(de)各(ge)種環境(jing)中(zhong)工作，生物(wu)分子(zi)可(ke)以在(zai)生理條件下直接(jie)成像，也可(ke)以實時(shi)觀測活(huo)細(xi)胞的(de)運動狀(zhuang)態。