AtomicForceMicroscope 原子力(li)顯微(wei)鏡 ,AFM，是一(yi)(yi)(yi)(yi)種用(yong)于研(yan)究固(gu)體材料(liao)表(biao)面結(jie)構的(de)分析儀。該系統利用(yong)探測被測樣(yang)品表(biao)面與(yu)微(wei)量(liang)力(li)敏元件之間具(ju)有非常微(wei)弱(ruo)的(de)原子間相互作用(yong)力(li)，研(yan)究了物(wu)質(zhi)的(de)表(biao)面結(jie)構及(ji)其性質(zhi)。把一(yi)(yi)(yi)(yi)對弱(ruo)力(li)極敏感(gan)的(de)微(wei)懸(xuan)臂一(yi)(yi)(yi)(yi)端固(gu)定在(zai)一(yi)(yi)(yi)(yi)端，另一(yi)(yi)(yi)(yi)端的(de)微(wei)小針尖(jian)靠近樣(yang)品，當與(yu)樣(yang)品相互作用(yong)時，作用(yong)力(li)會(hui)使懸(xuan)臂變形(xing)或(huo)改變運動(dong)狀態。用(yong)傳感(gan)器(qi)對掃描樣(yang)品進行測量(liang)，可以得到力(li)場(chang)分布的(de)信(xin)息，從而獲得材料(liao)的(de)納米尺度的(de)表(biao)面結(jie)構信(xin)息和表(biao)面粗糙(cao)度信(xin)息。

運作方式：

AFM工作原理

在一端(duan)固定(ding)一端(duan)，另一端(duan)有(you)一小針(zhen)，針(zhen)尖與(yu)試(shi)樣表面輕(qing)輕(qing)地接觸，對弱力(li)(li)非常敏感。因為針(zhen)尖尖原子與(yu)樣品表面原子之間存在很弱的作用力(li)(li)，使得(de)懸臂產生微小的偏轉。該方法通(tong)過對掃描(miao)(miao)各點(dian)位置(zhi)變(bian)化(hua)進行檢測(ce)，利(li)用反(fan)饋(kui)控(kong)制其(qi)排斥力(li)(li)的恒定(ding)，實現了對掃描(miao)(miao)各點(dian)位置(zhi)變(bian)化(hua)的測(ce)量，從而得(de)到樣品表面形貌圖像(xiang)。

運行方式：

AFM的(de)工作方式(shi)(shi)(shi)按針尖(jian)和(he)試樣的(de)作用方式(shi)(shi)(shi)進行分類(lei)。觸(chu)擊(ji)式(shi)(shi)(shi)(contactmode)、不觸(chu)擊(ji)式(shi)(shi)(shi)(non-contactmode)和(he)敲(qiao)擊(ji)式(shi)(shi)(shi)(tappingmode)三種操(cao)作方式(shi)(shi)(shi)。

AFM工作模式的研(yan)究。

觸點方式：

觸(chu)擊(ji)方(fang)式(shi)是AFM最直接(jie)的(de)(de)成像方(fang)式(shi)，從(cong)概(gai)念(nian)上理解。在AFM掃描(miao)成像過程中，探(tan)針(zhen)針(zhen)尖(jian)和試(shi)樣(yang)(yang)表面始終保(bao)持緊密接(jie)觸(chu)，互相(xiang)作(zuo)用(yong)為排斥力(li)(li)。由懸臂作(zuo)用(yong)于針(zhen)尖(jian)的(de)(de)作(zuo)用(yong)力(li)(li)會破壞樣(yang)(yang)品的(de)(de)表面結構，從(cong)而使掃描(miao)時所受的(de)(de)壓力(li)(li)范(fan)圍為10~10-6N。如果試(shi)樣(yang)(yang)表面柔軟，承受不了這種作(zuo)用(yong)力(li)(li)，則不宜選擇接(jie)觸(chu)方(fang)式(shi)對試(shi)樣(yang)(yang)表面成像。

無觸點方式：

當懸臂在(zai)(zai)距(ju)樣(yang)品表(biao)(biao)面以上(shang)5~10nm的(de)(de)距(ju)離上(shang)振動(dong)時(shi)，非接觸方(fang)式探測樣(yang)品表(biao)(biao)面。在(zai)(zai)這段時(shi)間(jian)內，試(shi)樣(yang)和針(zhen)尖的(de)(de)相互作(zuo)用是由范德華力控制(zhi)的(de)(de)，一般為10-12N，試(shi)樣(yang)不(bu)會(hui)被破壞(huai)，且針(zhen)尖不(bu)受污染(ran)，尤其(qi)適(shi)用于對(dui)柔軟物體的(de)(de)研(yan)究。該(gai)運行(xing)方(fang)式的(de)(de)缺點是，該(gai)模(mo)式很難在(zai)(zai)室溫(wen)大氣環境中實現(xian)。由于試(shi)樣(yang)表(biao)(biao)面不(bu)可避免地會(hui)積(ji)聚(ju)一層水份，所以就(jiu)在(zai)(zai)試(shi)樣(yang)和針(zhen)尖之間(jian)搭起(qi)一小片(pian)毛細(xi)橋，使針(zhen)尖和表(biao)(biao)面接觸，從而增加(jia)針(zhen)頭對(dui)表(biao)(biao)面的(de)(de)壓力。

擊打方式：

擊打方(fang)(fang)式介于觸擊式與不觸擊式之間(jian)，屬于雜化性概念。試(shi)樣(yang)(yang)(yang)表(biao)(biao)面上方(fang)(fang)的(de)(de)(de)懸臂(bei)以共振頻率振蕩，而針尖只是周期(qi)性地與樣(yang)(yang)(yang)品表(biao)(biao)面接觸/撞擊。也就是說，針尖與樣(yang)(yang)(yang)品接觸時，產生的(de)(de)(de)側向力(li)將(jiang)顯著降低。所以，在對(dui)柔(rou)軟(ruan)試(shi)樣(yang)(yang)(yang)進(jin)行檢測(ce)時，AFM敲擊方(fang)(fang)式是。當AFM開(kai)始對(dui)樣(yang)(yang)(yang)本進(jin)行成象掃(sao)描后，設(she)備(bei)立即將(jiang)相關數據輸入系統，例如表(biao)(biao)面粗糙度(du)，平均高度(du)，峰谷頂點之間(jian)的(de)(de)(de)距離等(deng)，用于物體表(biao)(biao)面分析。此(ci)外，AFM還能完成測(ce)力(li)工作(zuo)，通過測(ce)量懸臂(bei)彎折度(du)來確定針尖和(he)試(shi)樣(yang)(yang)(yang)的(de)(de)(de)受力(li)大(da)小。

三種模式對比：

觸擊模式(shi)(ContactMode)：

優勢：掃(sao)描(miao)(miao)速度快，是AFM在垂直方向發生明(ming)顯變(bian)化(hua)的能得(de)到(dao)“原子分辨率"圖像的硬質樣品，有(you)時更適合用ContactMode掃(sao)描(miao)(miao)。

劣勢：側向(xiang)力(li)(li)影響圖(tu)像(xiang)質(zhi)量。由(you)于樣(yang)品(pin)表面(mian)的毛細作用(yong)，使(shi)得(de)針尖和試樣(yang)之(zhi)間(jian)的粘附力(li)(li)非常強。側向(xiang)力(li)(li)和粘著力(li)(li)的聯合作用(yong)使(shi)圖(tu)象(xiang)的空間(jian)分辨率下降，而針尖刮傷樣(yang)品(pin)也會(hui)破壞軟(ruan)質(zhi)樣(yang)品(pin)(例(li)如生物(wu)樣(yang)品(pin)、聚(ju)合體(ti)等)。

不觸擊模式(shi)(Non-contactMode)：

好處：不需受(shou)試樣面。

缺陷(xian)：由于(yu)針(zhen)尖從試樣(yang)上(shang)分(fen)離(li)，橫向分(fen)辨(bian)率較(jiao)低；為(wei)避(bi)免與吸附層接觸(chu)而(er)造成(cheng)針(zhen)尖膠的粘(zhan)連，掃描速度較(jiao)慢。一般(ban)只在怕水的樣(yang)品上(shang)使用，吸收(shou)液層必須薄，如果過厚(hou)，針(zhen)尖就會落入液體層，造成(cheng)反(fan)饋不穩定，刮擦試樣(yang)。因為(wei)以(yi)上(shang)缺陷(xian)，non-contactMode的使用是有限的。

敲擊(ji)模式(TappingMode)：

優勢：可(ke)以很好地消除側向力。減(jian)小(xiao)了吸收(shou)液(ye)層所產生的成像分辨率高、適合觀察軟質、易碎、膠(jiao)粘性的樣品，不(bu)會對其表面(mian)造成損傷。

劣(lie)勢：掃(sao)描速(su)度比ContactMode慢。：

AFM優勢：

AFM技術樣品制備簡便(bian)，甚(shen)至(zhi)不需處(chu)理，對樣品破壞性(xing)遠小于其它常(chang)用(yong)方法。

AFM可以在包(bao)括空氣、液(ye)體和真空在內(nei)的(de)各種環境中工作(zuo)，生物分子(zi)可以在生理(li)條件下直接(jie)成像，也可以實時觀(guan)測活細(xi)胞的(de)運動狀態。