原子力显微镜的功能、特点

  原子力显微镜是利用原子之间的作用力通过仪器的检测系统、反馈系统等成像的仪器。具有原子级别分辨率，成像分辨率高，并且能提供三维表面图，近年来在纳米功能材料、生物、化工和医药方面得到广泛的使用。

原子力显微镜的功能

　　原子力显微镜最基本的功能是：通过检测探针和样品作用力来表征样品表面的三维形貌。因为样品表面的高低起伏情况可以准确的以数值的形式反馈回来，所以能够通过对样品表面整体的图像进行分析，得到样品表面的粗糙度、平均梯度、颗粒度、孔结构以及孔径分布的参数等;若对小范围的样品表面的图像进行分析，还可以获得物质的晶形结构、分子的结构、聚集状态、表面积及体积等方面的信息。

　　原子力显微镜的测量方法是力-距离曲线，这便可以传递出很多样品的信息。测量并记录探针在接近或是压入样品表面又离开的过程中所受到的力，得到针尖和样品间的力-距离曲线。再通过分析曲线，就可以得到样品表面的硬度、粘弹性、压弹性等物理性质;如果样品为生物分子或有机物，还可以通过探针与分子的结合拉伸知道分子的聚集状态、拉伸弹性、空间构象等一系列属性。

　　另外，原子力显微镜还可以对分子或原子机型操纵、加工和修饰，从而创造出新的结构和物质。

原子力显微镜的优点

　　原子力显微镜具有超高的空间分辨率，放大倍数远远超过以往的显微镜：光学显微镜的放大倍数一般不超过1000倍;电子显微镜的放大倍数的极限也就是100万倍;而原子力显微镜的放大倍数是电子显微镜的1000倍，高达10亿倍，也就是说可以直接观察到物质的分子和原子，为人类提供了探索微观世界的理想工具。

　　原子力显微镜具有广泛的研究对象，原子力显微镜不仅可以对导体、半导体进行研究，还可以对绝缘体材料进行研究，如：各种金属、半导体材料、陶瓷等;另外原子力显微镜还可以对生物样品进行研究，如动植物或细菌的组织、细胞、生物大分子等。

　　原子力显微镜的制样过程简单易行，只需对样品稍加固定便可进行观察。而其它显微镜对观察的样品却要进行繁琐的处理，如在生命科学研究领域，电子显微镜必须对样品进行脱水、包埋、切片、染色、固定等处理;激光扫描共聚显微镜必须对样品进行特殊的荧光染色;扫描隧道显微镜要求样品的表面具有导电性，否则就得进行镀金处理。

　　除上述优点，原子力显微镜还具有多样的试验环境。既可以在真空中试验，也可以在大气中，甚至还可以在溶液中观察样品，同时对温度没有特殊要求，高温、低温皆可以进行。

原子力显微镜和扫描电子显微镜的对比

　　原子力显微镜是以扫描隧道显微镜基本原理发展起来的扫描探针显微镜。原子力显微镜可以检测很多样品，提供表面研究和生产控制或流程发展的数据，这些都是常规扫描型表面粗糙度仪及电子显微镜所不能提供的。那么这二者之间的优缺点到底有哪些呢?

　　原子力显微镜相对于扫描电子显微镜具有许多优点。不同于扫描电子显微镜只能提供二维图像，原子力显微镜提供真正的三维表面图。同时，原子力显微镜不需要对样品的任何特殊处理，如镀铜或碳，这种处理对样品会造成不可逆转的伤害。扫描电子显微镜需要运行在高真空条件下，原子力显微镜在常压下甚至在液体环境下都可以良好工作。这样可以用来研究生物宏观分子，甚至活的生物组织。

　　和扫描电子显微镜(SEM)相比，原子力显微镜的缺点在于成像范围太小、速度慢，受探头的影响太大。

　　原子力显微镜与扫描隧道显微镜相比，由于能观测非导电样品，因此具有更为广泛的适用性。当前在科学研究和工业界广泛使用的扫描力显微镜，其基础就是原子力显微镜。