原子力顯微鏡是一種基于測量樣品表面與超銳探針之間相互作用力的顯微鏡，其工作模式的選擇取決于樣品的性質、所需的分辨率、掃描速度以及對樣品可能造成的損傷程度等因素。以下是AFM原子力顯微鏡三種主要工作模式的特點及選擇建議：

一、接觸模式（Contact Mode）

特點：

探針針尖始終與樣品表面保持接觸。

相互作用力為排斥力，懸臂因接觸作用力而發生彎曲，反映出樣品表面形貌的起伏。

掃描速度快，分辨率高，能達到原子級分辨率。

優點：

適用于掃描起伏較大的樣品。

橫向力的信號控制簡單直接。

可適用于導電、電容、壓電等特殊模塊的測量。

缺點：

可能對樣品表面造成損壞，特別是軟樣品。

樣品表面水膜對成像影響大，可能導致圖像變形。

不適用于研究生物大分子等易損樣品。

選擇建議：

當樣品硬度較高且表面粗糙度較大時，可考慮使用接觸模式。

需要高分辨率和快速掃描時，接觸模式是一個不錯的選擇。

若樣品對力敏感或易損，應避免使用接觸模式。

二、非接觸模式（Non-contact Mode）

特點：

探針在樣品表面上方振動，距離樣品表面5~20nm。

相互作用力為范德華力，屬于很弱的長程力。

探針共振頻率或振幅隨樣品表面形貌變化而變化。

優點：

對樣品表面沒有損傷，適用于軟樣品和彈性模量低的樣品。

消除了橫向力的影響，針尖不易磨損。

缺點：

分辨率較低，掃描速度慢。

穩定性相對較差，易受水膜等環境因素影響。

通常只適用于疏水樣品表面的掃描。

選擇建議：

當樣品表面柔軟且易損時，非接觸模式是一個較好的選擇。

若需要避免對樣品造成任何損傷，非接觸模式是一個安全的選擇。

但若追求高分辨率和快速掃描，非接觸模式可能不是Z佳選擇。

三、輕敲模式（Tapping Mode）

特點：

探針在樣品表面上方以一定的頻率振動，振幅可通過檢測系統檢測。

當針尖接觸到樣品時，懸臂振幅會減少到某一數值，反饋回路維持懸臂振幅恒定。

針尖通過敲擊樣品表面來生成形貌圖像。

優點：

不會對樣品造成損傷，適用于較軟樣品成像。

不受樣品表面附著的水膜影響。

分辨率較高，掃描速度適中。

缺點：

掃描速度沒有接觸模式快。

在真空和液下操作較困難，反饋控制比較復雜。

針尖容易變鈍，可能影響成像分辨率的長期穩定性。

選擇建議：

當樣品表面柔軟且需要高分辨率成像時，輕敲模式是一個理想的選擇。

若需要在常見成像環境下（如大氣中）對樣品進行成像，且樣品表面可能附著有水膜，輕敲模式也是一個不錯的選擇。

但若追求極快的掃描速度，可能需要考慮其他模式或技術。

綜上所述，在選擇原子力顯微鏡的工作模式時，需要根據樣品的性質、所需的分辨率、掃描速度以及對樣品的損傷程度等因素進行綜合考慮。不同的工作模式各有優缺點，選擇Z適合的模式可以確保獲得高質量的成像結果。