原子力显微镜的工作模式 原子力显微镜（atomic force microscope...
\u539f\u5b50\u529b\u663e\u5fae\u955c\u7684\u5de5\u4f5c\u6a21\u5f0f\u6709\u54ea\u4e9b\uff1f\u539f\u5b50\u529b\u663e\u5fae\u955c\u7684\u5de5\u4f5c\u6a21\u5f0f\u662f\u4ee5\u9488\u5c16\u4e0e\u6837\u54c1\u4e4b\u95f4\u7684\u4f5c\u7528\u529b\u7684\u5f62\u5f0f\u6765\u5206\u7c7b\u7684\u3002\u4e3b\u8981\u6709\u4ee5\u4e0b3\u79cd\u64cd\u4f5c\u6a21\u5f0f\uff1a\u63a5\u89e6\u6a21\u5f0f\uff08contact mode) \uff0c\u975e\u63a5\u89e6\u6a21\u5f0f\uff08 non - contact mode) \u548c\u6572\u51fb\u6a21\u5f0f( tapping mode\uff09\u3002\u63a5\u89e6\u6a21\u5f0f\uff0c\u4ece\u6982\u5ff5\u4e0a\u6765\u7406\u89e3\uff0c\u63a5\u89e6\u6a21\u5f0f\u662fAFM\u5f88\u76f4\u63a5\u7684\u6210\u50cf\u6a21\u5f0f\u3002AFM 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Mode\u548cContact Mode AFM\u3002\u901a\u5e38\u4ec5\u7528\u4e8e\u975e\u5e38\u6015\u6c34\u7684\u6837\u54c1\uff0c\u5438\u9644\u6db2\u5c42\u5fc5\u987b\u8584\uff0c\u5982\u679c\u592a\u539a\uff0c\u9488\u5c16\u4f1a\u9677\u5165\u6db2\u5c42\uff0c\u5f15\u8d77\u53cd\u9988\u4e0d\u7a33\uff0c\u522e\u64e6\u6837\u54c1\u3002\u7531\u4e8e\u4e0a\u8ff0\u7f3a\u70b9\uff0con-contact Mode\u7684\u4f7f\u7528\u53d7\u5230\u9650\u5236\u3002\u8f7b\u6572\u6a21\u5f0f\uff1a\u4f18\u70b9\uff1a\u5f88\u597d\u7684\u6d88\u9664\u4e86\u6a2a\u5411\u529b\u7684\u5f71\u54cd\u3002\u964d\u4f4e\u4e86\u7531\u5438\u9644\u6db2\u5c42\u5f15\u8d77\u7684\u529b\uff0c\u56fe\u50cf\u5206\u8fa8\u7387\u9ad8\uff0c\u9002\u4e8e\u89c2\u6d4b\u8f6f\u3001\u6613\u788e\u3001\u6216\u80f6\u7c98\u6027\u6837\u54c1\uff0c\u4e0d\u4f1a\u635f\u4f24\u5176\u8868\u9762\u3002\u7f3a\u70b9\uff1a\u6bd4Contact Mode AFM 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Nano-lithography\uff0cDNP\uff09\u7b49\u3002\u60f3\u4e86\u89e3\u66f4\u591a\u76f8\u5173\u4fe1\u606f\uff0c\u53ef\u4ee5\u54a8\u8be2\u516b\u5e06\u4eea\u5668\u8bbe\u5907\uff08\u4e0a\u6d77\uff09\u6709\u9650\u516c\u53f8\uff0c\u8c22\u8c22\uff01
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原子力显微镜的工作模式是以针尖与样品之间的作用力的形式来分类的。主要有以下3种操作模式：接触模式（contact mode) ，非接触模式（ non - contact mode) 和敲击模式( tapping mode）。 接触模式（Contact Mode）：
优点：扫描速度快，是唯一能够获得“原子分辨率”图像的AFM垂直方向上有明显变化的质硬样品，有时更适于用Contact Mode扫描成像。
缺点：横向力影响图像质量。在空气中，因为样品表面吸附液层的毛细作用，使针尖与样品之间的粘着力很大。横向力与粘着力的合力导致图像空间分辨率降低，而且针尖刮擦样品会损坏软质样品（如生物样品，聚合体等）。
非接触模式：
优点：没有力作用于样品表面。
缺点：由于针尖与样品分离，横向分辨率低；为了避免接触吸附层而导致针尖胶粘，其扫描速度低于Tapping Mode和Contact Mode AFM。通常仅用于非常怕水的样品，吸附液层必须薄，如果太厚，针尖会陷入液层，引起反馈不稳，刮擦样品。由于上述缺点，on-contact Mode的使用受到限制。
轻敲模式：
优点：很好的消除了横向力的影响。降低了由吸附液层引起的力，图像分辨率高，适于观测软、易碎、或胶粘性样品，不会损伤其表面。
缺点：比Contact Mode AFM 的扫描速度慢。 除了上面三种常见的三种工作模式外，原子力显微镜还可以进行下面的工作：
1、横向力显微镜（LFM）
横向力显微镜（LFM）是在原子力显微镜（AFM）表面形貌成像基础上发展的新技术之一。工作原理与接触模式的原子力显微镜相似。当微悬臂在样品上方扫描时，由于针尖与样品表面的相互作用，导致悬臂摆动，其摆动的方向大致有两个：垂直与水平方向。一般来说，激光位置探测器所探测到的垂直方向的变化，反映的是样品表面的形态，而在水平方向上所探测到的信号的变化，由于物质表面材料特性的不同，其摩擦系数也不同，所以在扫描的过程中，导致微悬臂左右扭曲的程度也不同，检测器根据激光束在四个象限中，（A+C）-（B+D）这个强度差值来检测微悬臂的扭转弯曲程度。而微悬臂的扭转弯曲程度随表面摩擦特性变化而增减（增加摩擦力导致更大的扭转）。激光检测器的四个象限可以实时分别测量并记录形貌和横向力数据。
2、曲线测量
SFM除了形貌测量之外，还能测量力对探针-样品间距离的关系曲线Zt（Zs）。它几乎包含了所有关于样品和针尖间相互作用的必要信息。当微悬臂固定端被垂直接近，然后离开样品表面时，微悬臂和样品间产生了相对移动。而在这个过程中微悬臂自由端的探针也在接近、甚至压入样品表面，然后脱离，此时原子力显微镜（AFM）测量并记录了探针所感受的力，从而得到力曲线。Zs是样品的移动，Zt是微悬臂的移动。这两个移动近似于垂直于样品表面。用悬臂弹性系数c乘以Zt，可以得到力F=c·Zt。如果忽略样品和针尖弹性变形，可以通过s=Zt-Zs给出针尖和样品间相互作用距离s。这样能从Zt（Zs）曲线决定出力-距离关系F（s）。这个技术可以用来测量探针尖和样品表面间的排斥力或长程吸引力，揭示定域的化学和机械性质，像粘附力和弹力，甚至吸附分子层的厚度。如果将探针用特定分子或基团修饰，利用力曲线分析技术就能够给出特异结合分子间的力或键的强度，其中也包括特定分子间的胶体力以及疏水力、长程引力等。
3、纳米加工
扫描探针纳米加工技术是纳米科技的核心技术之一，其基本的原理是利用SPM的探针－样品纳米可控定位和运动及其相互作用对样品进行纳米加工操纵，常用的纳米加工技术包括：机械刻蚀、电致/场致刻蚀、浸润笔（Dip-Pen Nano-lithography，DNP）等。
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