原子(zi)力顯(xian)微鏡(jing)（AtomicForceMicroscope，簡稱AFM）是一種高分辨率的(de)(de)顯(xian)微鏡(jing)，能夠(gou)用(yong)(yong)來觀察物質表面的(de)(de)原子(zi)和分子(zi)結構。它利用(yong)(yong)了原子(zi)之間的(de)(de)相互作用(yong)(yong)力，通過掃描(miao)探測器在樣品表面掃描(miao)的(de)(de)方式來獲取表面拓撲信息。
簡易型原子力顯微鏡主要由三個基(ji)本部分組成：掃描(miao)探針(zhen)、驅動系統和信號檢測系統。
1.掃(sao)描探針，它通(tong)常(chang)是一個非(fei)常(chang)細小的尖，可以是金(jin)屬或者硅(gui)等材料制成。這個尖的尺(chi)寸通(tong)常(chang)在納米尺(chi)度，具有非(fei)常(chang)尖銳的幾何形狀。掃(sao)描探針通(tong)過連接到彈性桿(gan)上，并通(tong)過一系(xi)列精(jing)確(que)的機(ji)械和電子(zi)機(ji)構與樣品表面(mian)接觸。
2.驅動(dong)系統，它(ta)負(fu)責使得掃(sao)描(miao)探(tan)針可以在樣品表面進行精確的(de)掃(sao)描(miao)運動(dong)。驅動(dong)系統通常由納米(mi)級的(de)壓(ya)電陶瓷元件(jian)構成，這些元件(jian)可以根據(ju)輸入的(de)電壓(ya)信號引起(qi)相應的(de)形變和(he)位(wei)移(yi)，從而實現(xian)掃(sao)描(miao)探(tan)針的(de)移(yi)動(dong)。
3.信(xin)號檢測(ce)系統，它用于檢測(ce)掃(sao)描探針與樣品表(biao)面(mian)之(zhi)間的(de)相互(hu)作用力和位移(yi)。主要的(de)信(xin)號檢測(ce)方(fang)法是通過探測(ce)器測(ce)量掃(sao)描探針的(de)振動頻率變化或者(zhe)光學(xue)干涉來獲(huo)取相關(guan)信(xin)息。這(zhe)些信(xin)號經過放大和處理(li)后，可以得到(dao)樣品表(biao)面(mian)的(de)拓(tuo)撲圖像。
在(zai)使用AFM時，首先需要將(jiang)樣(yang)(yang)品固(gu)定在(zai)一(yi)(yi)個穩定的(de)(de)平臺上，然后(hou)通(tong)過(guo)(guo)控制系統(tong)調整(zheng)掃描探針的(de)(de)位(wei)置。掃描過(guo)(guo)程中，控制系統(tong)會根據(ju)接(jie)收到(dao)的(de)(de)信號實時調整(zheng)掃描探針的(de)(de)位(wei)置，以(yi)保持相(xiang)對于(yu)樣(yang)(yang)品表面(mian)(mian)的(de)(de)恒(heng)定距離(li)。最終，通(tong)過(guo)(guo)記錄并處理(li)掃描過(guo)(guo)程中得到(dao)的(de)(de)數據(ju)，可以(yi)生成一(yi)(yi)幅高分辨率的(de)(de)樣(yang)(yang)品表面(mian)(mian)拓(tuo)撲圖像。
AFM具(ju)有非常高的(de)(de)分辨率，可(ke)(ke)以達(da)到原子(zi)級別的(de)(de)分辨能力(li)。它還可(ke)(ke)以在(zai)不(bu)同條件(jian)下進行觀察，例如在(zai)真空、液體或者氣體環境下。這使(shi)得AFM不(bu)僅可(ke)(ke)以用來研究凝聚態物質的(de)(de)原子(zi)結構，還可(ke)(ke)以用于生物學、材料科學等領域的(de)(de)研究。
雖然AFM技術相對復雜，但隨著技術的不(bu)(bu)斷進步，已(yi)經出現了一(yi)些(xie)(xie)簡易型原子(zi)力顯微鏡。這些(xie)(xie)儀器通常采(cai)用(yong)(yong)了更簡化的機(ji)械(xie)和電(dian)子(zi)設計，以降(jiang)低成本和操作難(nan)度。雖然其分辨率和功(gong)能可(ke)能不(bu)(bu)如高級的大型AFM設備，但對于一(yi)些(xie)(xie)基礎研究和教學(xue)應用(yong)(yong)來(lai)說，它們(men)是非常有用(yong)(yong)的工具(ju)。
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