非接觸式原子力顯微鏡是一種利用原子間相互作用力來測量樣品表面形貌和性質的先進顯微技術。以下是關于非接觸式AFM原子力顯微鏡的詳細介紹：

工作原理

非接觸式原子力顯微鏡的工作原理基于原子間的范德華力。在非接觸模式下，探針懸浮在樣品表面一定距離的空氣中，而不直接接觸樣品。當探針靠近樣品表面時，原子間的范德華力會使探針發生彎曲或振動，同時減小探針和樣品之間的距離。這種彎曲或振動會導致探針的共振頻率發生變化，而這種變化可以用來測量樣品表面的形貌和性質。

主要特點

對樣品表面無損傷：由于探針與樣品表面不直接接觸，因此不會對樣品表面造成損傷，特別適用于表面柔軟或易受損的樣品。

高分辨率：盡管分辨率相對于接觸模式較低，但非接觸式AFM原子力顯微鏡仍能提供納米尺度的表面形貌信息。

適用于多種環境：非接觸式原子力顯微鏡可以在多種環境（如真空、大氣、液體、低溫等）下工作，具有廣泛的應用前景。

優點

不損傷樣品：由于探針與樣品表面不接觸，因此不會對樣品造成任何損傷。

可測試表面柔軟樣品：非接觸模式適用于表面柔軟或易受損的樣品。

誤判現象較少：與接觸模式相比，非接觸模式的誤判現象較少。

缺點

分辨率較低：相對于接觸模式和輕敲模式，非接觸模式的分辨率較低。

掃描速度慢：由于需要保持探針與樣品之間的距離穩定，因此掃描速度相對較慢。

應用領域

非接觸式AFM原子力顯微鏡在多個領域有廣泛的應用，包括納米尺度的表面形貌和力學性質的研究、生物樣本的自組裝過程觀察、表征納米力學性質等。此外，非接觸式原子力顯微鏡還可以用于表征液體中生物樣品、測量細胞剛度等。

技術發展

近年來，非接觸式AFM原子力顯微鏡技術得到了快速發展。例如，非接觸式原子力顯微鏡（NC-AFM）或稱為動態力顯微鏡（DFM）已達到亞原子級的分辨率，成為目前現實空間中分辨率Z高的原子力顯微鏡模式之一。NC-AFM通常在高真空和/或低溫環境中進行，以便利用高Q因子帶來的靈敏度。

總之，非接觸式AFM原子力顯微鏡是一種功能強大的顯微技術，具有廣泛的應用前景和重要的科研價值。