原子力显微镜(AFM)通过探测针尖与样品表面原子间的微弱作用力，实现纳米级分辨率的三维表面形貌成像。纵向分辨率可达 0.01 nm；无需真空、无需样品导电；可测表面粗糙度、膜厚、黏附力、弹性模量；可在液体中观察生物样品(如 DNA、细胞)。
AFM通过检测微悬臂尖部与样品表面原子间的微弱相互作用力，实现表面形貌及性质的高分辨率成像。具体过程如下：
微悬臂形变：将一端固定、另一端带有纳米级针尖的微悬臂接近样品表面，针尖与样品原子间的相互作用力导致微悬臂发生形变或振动状态变化。
信号检测：利用光学检测法(如激光反射法)或隧道电流检测法，实时监测微悬臂的形变或振动变化，转化为电信号。
反馈控制：通过反馈回路调节样品与针尖的相对位置，保持相互作用力恒定，从而获得样品表面形貌的三维信息。
核心工作流程如下：
力检测：针尖与样品表面原子间的作用力使微悬臂发生纳米级形变 。
信号检测：激光束照射在微悬臂背面并反射到光电探测器上，悬臂的微小偏转会引起光斑位置变化，从而将力学信号转化为电信号 。
反馈控制：系统根据检测到的信号，通过压电扫描器实时调整针尖与样品的距离，维持作用力恒定，确保成像稳定 。
AFM系统主要由以下部分构成：
微悬臂与针尖：通常由硅或氮化硅制成，长度约100-500μm，厚度约500nm-5μm，针尖曲率半径可小至纳米级。
运动检测装置：采用激光反射法或隧道电流法检测微悬臂的微小位移。
反馈回路：实时调整样品与针尖的相对位置，维持作用力恒定。
压电陶瓷扫描器：准确控制样品在X、Y、Z三个方向的移动，实现纳米级扫描。
图像处理系统：计算机控制数据采集、处理及成像，提供高分辨率三维表面图。
更新时间：2026-03-19
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