AFM原子力顯微鏡特殊模式應用簡介1 、力曲線

在基底上Ramp，設置參數得到力曲線，曲線橫坐標是探針和樣本之間的相對距離變化，縱坐標是探針與樣品之間的作用力，藍線是探針壓入樣品曲線(approach)，紅線是離開樣品的曲線（retrace）。縱坐標線顯示的就是兩個原子之間（探針與樣品之間）的作用力隨著距離變化的一個情況，它有兩個分量，一個是正值的分量，一個是負值的分量，正值代表斥力，負值代表吸引力。

通過力曲線分析可以獲得：

峰值力（探針樣品Z大作用力）：peak force；

吸附力（探針樣品Z小作用力）：adhesion；

楊氏模量：YM；

探針樣品形變量：deformation；

能量耗散（often-work of adhesion）：dissipation；

彈性模量：在曲線上當探針接觸樣品產生斥力時，探針下降的距離與力的關系成線性，利用這段規律可以模擬計算出樣品表面的彈性模量；

黏附力：在探針離開樣品過程中，發生黏附力的牽扯，利用曲線Z低點可以得到樣品表面黏附力的大小；

粘附功：曲線重疊區域的積分，用積分算粘附力做的功。

2 、靜電力顯微鏡  

基于Tapping Mode 模式發展而來，利用導電的探針與樣品的靜電相互作用來探測樣品表面的靜電力梯度，表征樣品表面的靜電勢能，電荷分布及電荷運輸等。

測試時，探針對每一行進行2次掃描。D一次，輕敲模式得到樣品表面的起伏，探測樣品的形貌。D二次探針抬起100-200 nm，按照樣品表面起伏的軌跡，探針不接觸樣品表面，不受探針與表面之間短程的斥力影響，也不受表面形貌的影響，主要受到探針和樣品表面之間靜電的作用，引起振幅和相位的變化，記錄D二次掃描的相位和振幅的變化，得到表面的靜電力梯度，通過二次成像的模式進行測試。

3 、開爾文探針力顯微鏡

開爾文探針力顯微鏡在獲得樣品表面形貌的基礎上可同時得到表面功函數或表面勢。開爾文探針力顯微鏡和靜電力顯微鏡的主要差異在于開爾文探針力顯微鏡在探針或樣品上施加補償電壓，通過專用反饋控制電路實時調整該補償電壓使得探針和樣品之間的靜電力為零，從而定量測得樣品表面的局域電勢。

4 、磁力顯微鏡

基于Tapping Mode模式發展而來，原理與靜電力顯微鏡相似，利用磁性探針檢測磁性材料表面的磁作用力，獲得表面磁力分布，磁疇結構等信息，用于半導體，磁性納米顆粒等具有磁學性能的材料研究，也是二次成像模式。

5 、壓電響應顯微鏡（PFM）

用于納米尺度上研究壓電材料、鐵電材料、以及多鐵材料的表面電勢及壓電響應的測量，主要檢測樣品的在外加激勵電壓下的電致形變量。通過向鐵電樣品施加交流電壓，在表面上會產生與交流頻率相同頻率的微小振動，作為對鐵電體壓電特性的響應，因此，該振動被測量為AFM原子力顯微鏡懸臂梁撓度的變化。使用鎖定放大器，與施加的電壓的相位同步地檢測來自懸臂振動的信號，并從相位信息獲得有關鐵電樣品極化方向的信息，下圖展示的是PZT薄膜的電滯回線。

6 、導電AFM原子力顯微鏡

接觸模式導電AFM原子力顯微鏡

接觸模式下，給導電探針和樣品間施加直流電壓，測量電流。利用導電力顯微鏡同時得到掃描區域的高度形貌圖及電流分布圖像, 更可進一步的于特定的點上取得IV 曲線。

7 、楊氏模量/模量分布

一般地講，對彈性體施加一個外界作用力，彈性體會發生形狀的改變 (稱為"形變")，"彈性模量"的一般定義是:單向應力狀態下應力除以該方向的應變。

楊氏模量就是從力曲線里擬合得到的，由于楊氏模量擬合時需要探針的實際曲率半徑，所以需要特定的模塊或者特定的探針來得到這個值，對于布魯克儀器來說，一般買設備的時候可以配一個QNM的模塊，專門測試模量，彈性模量是測試多個點的力曲線后然后擬合得到的圖，可以反應樣品中模量的分布。

8 、AFM原子力顯微鏡的其他應用

AFM原子力顯微鏡的其他應用有材料表面與薄膜硬度，微載荷劃痕，摩擦力，粘彈性，彈性等力學性能研究，材料表面與薄膜電性能，磁性能，導熱性能研究和一些比較前沿的如：納米刻蝕，納米操縱，單分子拉伸等。