原子力显微镜的基本原理

一、原子力显微镜由探针扫描系统、力检测与反馈系统、数据处理与显示系统以及振动隔离系统四部分组成。扫描系统的针尖装在微悬臂上，并使它与待测样品的表面有一定的力接触。由压电陶瓷或压电晶片三维扫描控制器驱动针尖或样品进行相对扫描。微悬臂对微弱力（如范德华力）极为敏感，并具有极高的可控空间定位精度，可达0.1nm。当微悬臂的针尖接触样品时，针尖jian端的原子与样品表面的原子会产生极微弱的排斥力，使微悬臂产生微小的形变。该形变可以作为针尖与样品之间作用力的直接度量。

二、原子力显微镜将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触，由于针尖jian端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法或隧道电流检测法，可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。

三、原子力显微镜对工作环境和样品制备的要求比电子显微镜的要求低得多。由于扫描面积小，相应地样品也应该很小。原子力显微镜不仅适用于导电样品，也适用于不导电的绝缘样品；样品可以在大气环境中，也可以在液体环境中进行测量。由于水环境中较低的针尖一样品力，有利于AFM成像。

四、原子力显微镜可应用于矿物溶蚀和风化表面的形貌观察和结构研究，表征矿物在溶解、生长、吸附，以及氧化还原反应中的形貌和结构变化，研究矿物与水界面之间的作用力、浮选过程中矿物颗粒与气泡表面之间的作用等。