原子力(li)顯微鏡的(de)(de)(de)原理是利用(yong)(yong)探針針尖與樣(yang)品(pin)(pin)表(biao)面(mian)原子間(jian)的(de)(de)(de)微弱作(zuo)用(yong)(yong)力(li)來作(zuo)為反(fan)饋信(xin)號，維持針尖-樣(yang)品(pin)(pin)間(jian)作(zuo)用(yong)(yong)力(li)恒定，同時針尖在樣(yang)品(pin)(pin)表(biao)面(mian)掃描，從(cong)而得知樣(yang)品(pin)(pin)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)高低起伏。因為是利用(yong)(yong)原子間(jian)的(de)(de)(de)范(fan)德華力(li)來檢測樣(yang)品(pin)(pin)表(biao)面(mian)特性，所以，根據(ju)吸引力(li)和排斥力(li)發展出(chu)兩(liang)種(zhong)操作(zuo)模(mo)式(shi)，即接(jie)觸(chu)模(mo)式(shi)和非(fei)接(jie)觸(chu)模(mo)式(shi)。然后，在非(fei)接(jie)觸(chu)模(mo)式(shi)之上改良，就有了第(di)三(san)種(zhong)模(mo)式(shi)輕敲模(mo)式(shi)。
原子(zi)力顯微鏡(jing)工作模式：接觸模式
利(li)用探(tan)針(zhen)的針(zhen)尖與待(dai)測物表(biao)面(mian)(mian)之原子力交互作用，探(tan)針(zhen)與樣品表(biao)面(mian)(mian)緊密接觸并在表(biao)面(mian)(mian)上滑動。使(shi)非常軟的(de)(de)探(tan)(tan)針臂(bei)產生偏折，此時用特殊微小的(de)(de)鐳射光照射探(tan)(tan)針臂(bei)背面，被探(tan)(tan)針臂(bei)反
射的(de)(de)雷射光以二相的(de)(de)鐳射光相位偵檢器(qi)來(lai)記錄鐳射光被探針臂偏移的(de)(de)變化。接觸模式的優點(dian)是(shi)掃描速(su)度快，分(fen)辨(bian)率高(gao)，是(shi) AFM 技術(shu)中僅可得到原子級分辨率的圖(tu)像的模式(shi)，并(bing)且對于一(yi)些表面上(shang)垂直變化較(jiao)大的樣品(pin)，比較(jiao)容(rong)易掃描。但(dan)由于針(zhen)尖在樣品(pin)表面上滑(hua)動及(ji)樣品(pin)表面與(yu)針(zhen)尖(jian)的(de)粘(zhan)附(fu)力，可能(neng)使(shi)得針(zhen)尖(jian)受(shou)到損害，樣品(pin)產生變形，故對不易變(bian)形的低彈性樣(yang)品(pin)存在(zai)缺點，并且(qie)其應切力會使圖像產(chan)生扭曲。
特點：掃描速度快，是接(jie)觸模(mo)(mo)(mo)式、非接(jie)觸模(mo)(mo)(mo)式、輕敲模(mo)(mo)(mo)式三(san)種模(mo)(mo)(mo)式中(zhong)只有一個能獲得原子級分辨率(lv)的模(mo)式。
操作(zuo)要點：過大的(de)作(zuo)用力(li)會損(sun)壞樣品表面，但較大的(de)的(de)作(zuo)用力(li)通常(chang)可(ke)得(de)到(dao)較佳(jia)的(de)解(jie)析(xi)度。因此選擇(ze)適當的(de)的(de)作用力，接觸式的(de)操作模(mo)式是十分重要的(de)。
原(yuan)子力顯微鏡工(gong)作模式：非接觸模式
非接(jie)觸模式是探針針尖(jian)始終不與樣品表面接(jie)觸，在(zai)樣品表面上方 5～20 nm 距離內掃描(miao)。針尖與樣品之間(jian)的距離是通(tong)過保持微懸臂共振頻率或振幅(fu)恒定(ding)來控制(zhi)的。在這(zhe)種模式中，樣
品與針尖(jian)之(zhi)間(jian)的(de)相互作用力(li)是吸引力(li)——范德華力(li)。非接觸模式 AFM 的(de)工作原(yuan)理就是，以(yi)略大于微(wei)懸臂(bei)自由共(gong)振頻率(lv)的頻率(lv)驅動微(wei)懸臂(bei)，當針尖接(jie)近(jin)樣(yang)品表面(mian)時，微(wei)懸臂(bei)的振幅顯著減小(xiao)。振幅的變化量對應于作用在微(wei)懸臂上的力梯度(du)，因此對應于針尖-樣品間距，反饋(kui)系(xi)統通過(guo)調整針尖- 樣品間距使得微懸臂的(de)振動幅度在掃描過程中保持(chi)不變(bian)，就可(ke)以得到樣品的(de)表面形貌像 。樣品不會被(bei)破壞，而且針尖也不會被(bei)污染(ran)，特別適合(he)于研究柔(rou)嫩(nen)物(wu)體的(de)表面。
特點：針尖不與樣品接觸，所以對樣品沒有損傷，且由于吸引力小于排斥力，針尖-樣品作用力(li)比接觸式的(de)小幾個數量級，故(gu)靈敏度比接觸模式高(gao)。
操作(zuo)要點：在(zai)大氣中(zhong)操作(zuo)時(shi)，試片表面常(chang)會吸(xi)附一(yi)層水，所以(yi)在(zai)討論(lun)探針和試片交(jiao)互(hu)作(zuo)用時，必須考(kao)慮(lv)探針與試片表面水(shui)膜間(jian)的毛細孔(kong)現象(xiang)。
原(yuan)子力顯(xian)微鏡工作(zuo)模(mo)式(shi)：輕敲模(mo)式(shi)
將非接觸式加以改(gai)良，其(qi)原(yuan)理(li)是將探(tan)針與樣品距離加近，然后增大振幅(fu)，使探(tan)針在振蕩至(zhi)波谷時接(jie)觸(chu)樣品，由于樣品的表面(mian)高低(di)起伏，使得振幅改變，再利(li)用類(lei)似非接(jie)觸(chu)式的迴饋控制方(fang)式(shi)來獲得圖(tu)像(xiang)。輕(qing)敲模式(shi)的(de)優(you)點是對大多(duo)數樣品有比較(jiao)高(gao)的(de)側向分(fen)標率(lv)(1-5nm)，并且由于微懸(xuan)臂(bei)的(de)高頻振動(dong)，使得針尖與(yu)樣品之間頻繁(fan)接(jie)觸的(de)時間相當(dang)短，針尖與(yu)樣品可以(yi)接(jie)觸，也可(ke)以不接觸，且有足夠的振幅來克服樣品與針尖之間的粘(zhan)附力。因此對樣品的損害很小，適用于(yu)柔(rou)軟、易(yi)脆和粘附性較強(qiang)的樣品，且不對它們產生破壞。這種模(mo)式在高分子聚合(he)物的(de)結構(gou)研(yan)究和(he)生物大分子的(de)結構(gou)研(yan)究中(zhong)應用廣(guang)泛。其缺點(dian)是掃(sao)描速度(du)比接觸模(mo)式要慢。
特(te)點：很(hen)好地消除了橫(heng)向力(li)的(de)影響，降低了由吸附液層引(yin)起的(de)力(li)，圖像分辨率(lv)高，適于觀(guan)測軟、易碎或膠黏性樣品(pin)，不(bu)會損傷其表面。
原子力顯微(wei)鏡與掃描電鏡的(de)對比：
