1.原子力顯微鏡

AFM全稱Atomic Force Microscope，即原子力顯微鏡，它是繼掃描隧道顯微鏡（Scanning Tunneling Microscope,STM）之后發明的一種具有原子級高分辨的新型儀器。

2.原理：

AFM由四個部分組成：機械運動部分、懸臂偏轉信號光學檢測系統、控制信號反饋系統， 成像和信息處理軟件系統。

探針與樣品之間的相互作用力使微懸臂向上或向下偏轉，利用激光將光照射在懸臂的末端，反射光的位置改變就用來測器此懸臂的偏移量，也就是說，當原子間距離減小到一定程度以后，原子間的作用力將迅速上升。因此，由顯微探針受力的大小就可以直接換算出樣品表面的高度，從而獲得樣品表面形貌的信息。

3.分類﹕

(1) 接觸式﹕利用探針和待測物表面之原子力交互作用(一定要接觸)，此作用力(原子間的排斥力)很小，但由于接觸面積很小，因此過大的作用力仍會損壞樣品，尤其對軟性材質，不過較大的作用力可得較佳分辨率，所以選擇較適當的作用力便十分的重要。由于排斥力對距離非常敏感，所以較易得到原子分辨率。

(2) 非接觸式﹕為了解決接觸式之AFM 可能破壞樣品的缺點，便有非接觸式之AFM 被發展出來，這是利用原子間的長距離吸引力來運作，由于探針和樣品沒有接觸，因此樣品沒有被破壞的問題，不過此力對距離的變化非常小，所以必須使用調變技術來增加訊號對噪聲比。在空氣中由于樣品表面水模的影響，其分辨率一般只有50nm，而在超高真空中可得原子分辨率。

(3) 輕敲式﹕將非接觸式AFM 改良，將探針和樣品表面距離拉近，增大振福，使探針再振蕩至波谷時接觸樣品由于樣品的表面高低起伏，使的振幅改變，再利用接觸式的回饋控制方式，便能取得高度影像。分辨率界于接觸式和非接觸式之間，破壞樣品之機率大為降低，且不受橫向力的干擾。不過對很硬的樣品而言，針尖仍可能受損。

4.應用：

AFM可以在大氣和液體環境下對各種材料和樣品進行納米區域的物理性質包括形貌進行探測，或者直接進行納米操縱；現已廣泛應用于半導體、納米功能材料、生物、化工、食品、醫藥研究和科研院所各種納米相關學科的研究實驗等領域中，成為納米科學研究的基本工具。

5.AFM探針：

因為STM的基本原理是通過測量探針與樣品表面的隧道電流大小來探測表面形貌，STM要求樣品表面導電。而AFM是測量探針與樣品表面的相互作用力。AFM探針可以測試絕緣體的表面形貌和性能。

AFM探針的分類：

（1） 非接觸/輕敲模式針尖以及接觸模式探針：最常用的產品，分辨率高，使用壽命一般。使用過程中探針不斷磨損，分辨率很容易下降。主要應用與表面形貌觀察。

（2） 導電探針：通過對普通探針鍍10-50納米厚的Pt（以及別的提高鍍層結合力的金屬，如Cr，Ti，Pt和Ir等）得到。導電探針應用于EFM，KFM，SCM等。導電探針分辨率比tapping和contact模式的探針差，使用時導電鍍層容易脫落，導電性難以長期保持。導電針尖的新產品有碳納米管針尖，金剛石鍍層針尖，全金剛石針尖，全金屬絲針尖，這些新技術克服了普通導電針尖的短壽命和分辨率不高的缺點。

（3）磁性探針：應用于MFM，通過在普通tapping和contact模式的探針上鍍Co、Fe等鐵磁性層制備，分辨率比普通探針差，使用時導電鍍層容易脫落。

（4）大長徑比探針：大長徑比針尖是專為測量深的溝槽以及近似鉛垂的側面而設計生產的。特點：不太常用的產品，分辨率很高，使用壽命一般。技術參數：針尖高度> 9μm；長徑比5:1；針尖半徑< 10 nm。

（5）類金剛石碳AFM探針/全金剛石探針：一種是在硅探針的針尖部分上加一層類金剛石碳膜，另外一種是全金剛石材料制備（價格很高）。這兩種金剛石碳探針具有很大的耐久性，減少了針尖的磨損從而增加了使用壽命。