AFM工作原理是什么？
? ? ? ?AFM的基本原理與STM類似，在AFM中，使用對微弱力非常敏感的彈性懸臂上的針尖對樣品表面作光柵式掃描。當針尖和樣品表面的距離非常接近時，針尖尖端的原子與樣品表面的原子之間存在極微弱的作用力（10-12~10-6N），此時，微懸臂就會發生微小的彈性形變。針尖與樣品之間的力F與微懸臂的形變 之間遵循虎克定律：F=-k*x ，其中，k為微懸臂的力常數。所以，只要測出微懸臂形變量的大小，就可以獲得針尖與樣品之間作用力的大小。針尖與樣品之間的作用力與距離有強烈的依賴關系，所以在掃描過程中利用反饋回路保持針尖與樣品之間的作用力恒定，即保持為懸臂的形變量不變，針尖就會隨樣品表面的起伏上下移動，記錄針尖上下運動的軌跡即可得到樣品表面形貌的信息。這種工作模式被稱為“恒力”模式（Constant Force Mode），是使用最廣泛的掃描方式。
AFM的圖像也可以使用“恒高”模式（Constant Height Mode）來獲得，也就是在X，Y掃描過程中，不使用反饋回路，保持針尖與樣品之間的距離恒定，通過測量微懸臂Z方向的形變量來成像。這種方式不使用反饋回路，可以采用更高的掃描速度，通常在觀察原子、分子像時用得比較多，而對于表面起伏比較大的樣品不適用。
AFM有多種操作模式，常用的有以下4種：接觸模式（Contact Mode）、非接觸（Non-Contact Mode）、輕敲模式(Tapping Mode)、側向力(Lateral Force Mode)模式。根據樣品表面不同的結構特征和材料的特性以及不同的研究需要，選擇合適的操作模式。
? ? ? 接觸模式
在接觸模式中，針尖始終與樣品保持輕微接觸，以恒高或恒力的模式進行掃描。掃描過程中，針尖在樣品表面滑動。通常情況下，接觸模式都可以產生穩定的、高分辨率的圖像。
在接觸模式中，如果掃描軟樣品的時候，樣品表面由于和針尖直接接觸，有可能造成樣品的損傷。如果為了保護樣品，在掃描過程中將樣品和針尖之間的作用力減弱的話，圖像可能會發生扭曲或得到偽像。同時，表面的毛細作用也會降低分辨率。所以接觸模式一般不適用于研究生物大分子、低彈性模量樣品以及容易移動和變形的樣品。
? ? ?非接觸模式
在非接觸模式中，針尖在樣品表面上方振動，始終不與樣品接觸，探針監測器檢測的是范德華力和靜電力等對成像樣品的無破壞的長程作用力。這種模式雖然增加了顯微鏡的靈敏度，但當針尖與樣品之間的距離較長時，分辨率要比接觸模式和輕敲模式都低，而且成像不穩定，操作相對困難，通常不適用于在液體中成像，在生物中的應用也比較少。
輕敲模式
在輕敲模式，微懸臂在其共振頻率附近作受迫振動，振蕩的針尖輕輕的敲擊樣品表面，間斷的和樣品接觸，所以又稱為間歇接觸模式。由于輕敲模式能夠避免針尖粘附到樣品上，以及在掃描過程中對樣品幾乎沒有損壞。輕敲模式的針尖在接觸表面時，可以通過提供針尖足夠的振幅來克服針尖和樣品間的粘附力。同時，由于作用力是垂直的，表面材料受橫向摩擦力、壓縮力和剪切力的影響較小。輕敲模式同非接觸模式相比較的另一優點是大而且線性的工作范圍，使得垂直反饋系統高度穩定，可重復進行樣品測量。
輕敲模式AFM在大氣和液體環境下都可以實現。在大氣環境中，當針尖與樣品不接觸時，微懸臂以最大振幅自由振蕩；當針尖與樣品表面接觸時，盡管壓電陶瓷片以同樣的能量激發微懸臂振蕩，但是空間阻礙作用使得微懸臂的振幅減小，反饋系統控制微懸臂的振幅恒定，針尖就跟隨樣品表面的起伏上下移動獲得形貌信息。輕敲模式同樣適合在液體中操作，而且由于液體的阻尼作用，針尖與樣品的剪切力更小，對樣品的損傷也更小，所以在液體中的輕敲模式成像可以對活性生物樣品進行現場檢測、對溶液反應進行現場跟蹤等。
側向力模式
橫向力顯微鏡（LFM）工作原理與接觸模式的原子力顯微鏡相似。當微懸臂在樣品上方掃描時，由于針尖與樣品表面的相互作用，導致懸臂擺動，其形變的方向大致有兩個：垂直與水平方向。一般來說，激光位置探測器所探測到的垂直方向的變化，反映的是樣品表面的形態，而在水平方向上所探測到的信號的變化，由于物質表面材料特性的不同，其摩擦系數也不同，所以在掃描的過程中，導致微懸臂左右扭曲的程度也不同。微懸臂的扭轉彎曲程度隨表面摩擦特性變化而增減（增加摩擦力導致更大的扭轉）。激光檢測器可以實時分別測量并記錄形貌和橫向力數據。通常不僅樣品表面組分不同可以導致微懸臂扭曲，樣品表面形貌的變化也會導致微懸臂的扭曲，如下圖所示。為了區分這二者，通常LFM圖像和AFM圖像應該同時獲得。根據導致微懸臂扭曲的原因不同，通常可以利用LFM獲得物質表面的組分構成像和“邊緣增強像”。
