Ⅰ. 原子力顯微鏡是什么?

　　原子力顯微鏡(Atomic force microscopy，AFM)是一種以物理學(xué)原理為基礎(chǔ)，通過掃描探針與樣品表面原子相互作用而成像的新型表面分析儀器。它屬于繼光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡之后的第三代顯微鏡。

　　AFM通常利用一個很尖的探針對樣品掃描，探針固定在對探針與樣品表面作用力極敏感的微懸臂上。懸臂受力偏折會引起由激光源發(fā)出的激光束經(jīng)懸臂反射后發(fā)生位移。檢測器接受反射光，最后接受信號經(jīng)過計算機系統(tǒng)采集、處理、形成樣品表面形貌圖像。

　　Ⅱ. 原子力顯微鏡的發(fā)展

　　早期研制的為接觸式原子力顯微鏡，它包括恒力模式和恒高模式。前者利用反射光位移引起的光電二極管輸出電壓的變化構(gòu)成反饋回路控制壓電陶瓷管伸縮，從而調(diào)節(jié)固定于掃描器上樣品的位置，保持樣品和探針間作用力(懸臂彎曲度)不變，測量每一點高度的變化。后者保持樣品和探針間的距離不變，測量每一點作用力的大小。這種模式在調(diào)節(jié)探針與樣品距離前即可直接觀測懸臂彎曲度的改變。

　　除傳統(tǒng)的接觸式之外，1993年又研制出輕敲式原子力顯微鏡。該顯微鏡在掃描過程中探針與樣品表面輕輕接觸，懸臂受存在于兩者間的排斥力作用隨樣品表面起伏發(fā)生高頻振顫。由于探針與樣品的接觸短暫，因此它更適用于質(zhì)地脆或固定不牢的樣品。

　　掃描樣品時，利用傳感器檢測這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級分辨率獲得表面結(jié)構(gòu)信息。它主要由帶針尖的微懸臂、微懸臂運動檢測裝置、監(jiān)控其運動的反饋回路、使樣品進行掃描的壓電陶瓷掃描器件、計算機控制的圖像采集、顯示及處理系統(tǒng)組成。微懸臂運動可用如隧道電流檢測等電學(xué)方法或光束偏轉(zhuǎn)法、干涉法等光學(xué)方法檢測，當(dāng)針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時，檢測該斥力可獲得表面原子級分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級水平。AFM測量對樣品無特殊要求，可測量固體表面、吸附體系等。

　　Ⅲ. 原子力顯微鏡工作原理

　　原子力顯微鏡:是一種利用原子,分子間的相互作用力來觀察物體表面微觀形貌的新型實驗技術(shù).它有一根納米級的探針,被固定在可靈敏操控的微米級彈性懸臂上.當(dāng)探針很靠近樣品時,其頂端的原子與樣品表面原子間的作用力會使懸臂彎曲,偏離原來的位置.根據(jù)掃描樣品時探針的偏離量或振動頻率重建三維圖像.就能間接獲得樣品表面的形貌或原子成分.

　　Ⅳ. 原子力顯微鏡優(yōu)缺點

　　相對于掃描電子顯微鏡，原子力顯微鏡具有許多優(yōu)點。不同于電子顯微鏡只能提供二維圖像，AFM提供真正的三維表面圖。同時，AFM不需要對樣品的任何特殊處理，如鍍銅或碳，這種處理對樣品會造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。第三，電子顯微鏡需要運行在高真空條件下，原子力顯微鏡在常壓下甚至在液體環(huán)境下都可以良好工作。這樣可以用來研究生物宏觀分子，甚至活的生物組織。和掃描電子顯微鏡相比，AFM的缺點在于成像范圍太小,速度慢，受探頭的影響太大。