革鑫納米-納米材料領導者！
圖1-1 AFM 工作原理示意
AFM 是在STM 基礎上發展起來的，是通過測量樣品表面分子(原子)與AFM 微懸臂探針之間的相互作用力，來觀測樣品表面的形貌。AFM 與STM 的主要區別是以1 個一端固定而另一端裝在彈性微懸臂上的尖銳針尖代替隧道探針，以探測微懸臂受力產生的微小形變代替探測微小的隧道電流。其工作原理：將一個對極微弱力極敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，針尖與樣品表面輕輕接觸。由於針尖尖端原子與樣品表面原子間存在極微弱的排斥力，通過在掃描時控制這種作用力恆定，帶有針尖的微懸臂將對應於原子間的作用力的等位面，在垂直於樣品表面方向上起伏運動。利用光學檢測法或隧道電流檢測法，可測得對應於掃描各點的位置變化，將信號放大與轉換從而得到樣品表面原子級的三維立體形貌圖像。AFM 主要是由執行光柵掃描和z 定位的壓電掃描器、反饋電子線路、光學反射系統、探針、防震系統以及計算機控制系統構成。壓電陶瓷管(PZT)控制樣品在x、y、z 方向的移動，當樣品相對針尖沿著xy 方向掃描時，由於表面的高低起伏使得針尖、樣品之間的距離發生改變。當雷射束照射到微懸臂的背面，再反射位置靈敏的光電檢測器時，檢測器不同象限收到的雷射強度差值，同微懸臂的形變量形成一定的比例關係。反饋迴路根據檢測器信號與預置值的差值，不斷調整針尖、樣品之間的距離，並且保持針尖、樣品之間的作用力不變，就可以得到表面形貌像。這種測量模式稱為恆力模式。當已知樣品表面非常平滑時，可以採用恆高模式進行掃描，即針尖、樣品之間距離保持恆定。這時針尖、樣品之間的作用力大小直接反映了表面的形貌圖像。
目前現有三種基本操作模式，可區分為接觸式（contact）、非接觸式（non-contact）及輕敲式（tapping）三大類。接觸式及非接觸式易受外界其它因素，如水分子的吸引，而造成刮傷材料表面及解析度差所引起之影像失真問題，使用上會有限制，尤其在生物及高分子軟性材料上。以下簡單介紹三種基本形式的基本原理：
（1）接觸式(Contact mode)：利用探針的針尖與待測物表面之原子力交互作用(一定要接觸)，使非常軟的探針臂產生偏折，此時用特殊微小的雷射光照射探針臂背面，被探針臂反射的雷射光以二相的photo diode(雷射光相位偵檢器)來記錄雷射光被探針臂偏移的變化，探針與樣品間產生原子間的排斥力約為10-6 至10-9 牛頓。但是，由於探針與表面有接觸，因此過大的作用力仍會損壞樣品，尤其是對軟性材質如高分子聚合物、細胞生物等。不過在較硬材料上通常會得到較佳的解析度。
（2）非接觸式(Non-contact mode)：為了解決接觸式AFM 可能損壞樣品的缺點，便有非接觸式AFM 被發展出來，這是利用原子間的長距離吸引力─範德華力來運作。Non-contact mode 的探針必需不與待測物表面接觸，利用微弱的範德華力對探針的振幅改變來回饋。探針與樣品的距離及探針振幅必需嚴格遵守範德華力原理，因此造成探針與樣品的距離不能太遠，探針振幅不能太大(約2 至5nm)，掃描速度不能太快等限制。樣品置放於大氣環境下，溼度超過30%時，會有一層5 至10nm 厚的水分子膜覆蓋於樣品表面上，造成不易回饋或回饋錯誤。
（3）輕敲式AFM(Tapping mode)：將非接觸式AFM 加以改良，拉近探針與試片的距離，增加探針振幅功能(10～300KHz)，其作用力約為10-12 牛頓，Tapping mode 的探針有共振振動，探針振幅可調整而與材料表面有間歇性輕微跳動接觸，探針在振蕩至波谷時接觸樣品，由於樣品的表面高低起伏，使得振幅改變，再利用回饋控制方式，便能取得高度影像。Tapping mode AFM 的振幅可適當調整小至不受水分子膜幹擾，大至不硬敲樣品表面而損傷探針，XY 面終極解析度為2nm。Tapping mode AFM 探針下壓力量可視為一種彈性作用，不會對z 方向造成永久性破壞。在x y 方向，因探針是間歇性跳動接觸，不會像對Contact mode 在x y 方向一直拖曳而造成永久性破壞。但由於高頻率探針敲擊，對很硬的樣品，探針針尖可能受損
圖2-1 AFM工作的三種模式
AFM 是利用樣品表面與探針之間力的相互作用這一物理現象，因此不受STM 等要求樣品表面能夠導電的限制，可對導體進行探測，對於不具有導電性的組織、生物材料和有機材料等絕緣體，AFM 同樣可得到高解析度的表面形貌圖像，從而使它更具有適應性，更具有廣闊的應用空間。AFM 可以在真空、超高真空、氣體、溶液、電化學環境、常溫和低溫等環境下工作，可供研究時選擇適當的環境，其基底可以是雲母、矽、高取向熱解石墨、玻璃等。AFM 已被廣泛地應用於表面分析的各個領域，通過對表面形貌的分析、歸納、總結，以獲得更深層次的信息。
3.1 在材料科學方面中的應用
3.1.1 三維形貌觀測
通過檢測探針與樣品間的作用力可表徵樣品表面的三維形貌，這是AFM 最基本的功能。AFM 在水平方向具有0.1-0.2nm 的高解析度，在垂直方向的解析度約為0.01nm。儘管AFM 和掃描電子顯微鏡（SEM）的橫向解析度是相似的，但AFM 和SEM 兩種技術的最基本的區別在於處理試樣深度變化時有不同的表徵。由於表面的高低起伏狀態能夠準確地以數值的形式獲取，AFM 對表面整體圖像進行分析可得到樣品表面的粗糙度、顆粒度、平均梯度、孔結構和孔徑分布等參數，也可對樣品的形貌進行豐富的三維模擬顯示，使圖像更適合於人的直觀視覺。圖3-1 就是接觸式下得到的二氧化矽增透薄膜原子力圖像，同時還可以逼真的看到其表面的三維形貌。
圖3-1 二氧化矽增透薄膜原子力圖
在半導體加工過程中通常需要測量高縱比結構，像溝槽和孔洞，以確定刻蝕的深度和寬度。這些在SEM 下只有將樣品沿截面切開才能測量。AFM 可以無損的進行測量後即返回生產線。圖2-2 為光柵的AFM 圖像，掃描範圍為4×4μm。根據圖3-2 的結果,通過profile 功能就可以定量測量刻槽的深度及寬度。
圖3-2 光柵的AFM 圖
3.1.2 納米材料與粉體材料的分析
在材料科學中，無論無機材料或有機材料，在研究中都有要研究文獻，材料是晶態還是非晶態。分子或原子的存在狀態中間化物及各種相的變化，以便找出結構與性質之間的規律。在這些研究中AFM 可以使研究者，從分子或原子水平直接觀察晶體或非晶體的形貌、缺陷、空位能、聚集能及各種力的相互作用。這些對掌握結構與性能之間的關係有非常重要的作用。當今納米材料是材料領域關注的課題，而AFM 對納米材料微觀的研究中，也是分析測視工具。納米材料科學的發展和納米製備技術的進步，將需要更新的測試技術和表徵手段，以評價納米粒子的粒徑、形貌、分散和團聚狀況。原子力顯微鏡的橫向解析度為0.1～0.2nm，縱向為0.01nm，能夠有效的表徵納米材料。納米科學和技術是在納米尺度上（ 0.1～100nm）研究物質（包括原子、分子）的特性和相互作用，並且利用這些特性的一個新興科學。其最終目標是直接以物質在納米尺度上表現出來的特性，製造具有特定功能的產品，實現生產力方式的飛躍。納米科學包括納米電子學、納米機械學、納米材料學、納米生物學、納米光學、納米化學等多個研究領域。納米科學的不斷成長和發展是與以掃描探針顯微術（SPM）為代表的多種納米尺度的研究手段的產生和發展密不可分的。可說，SPM 的相繼問世對納米科技的誕生與發展起了根本性的推動作用，而納米科技的發展又為SPM 的應用提供了廣闊的天地。SPM是一個包括掃描隧道顯微術（STM）、原子力顯微術（AFM）等在內的多種顯微技術的大家族。SPM 不僅能夠以納米級甚至是原子級空間解析度在真空、大氣或液體中來觀測物質表面原子或分子的幾何分布和態密度分布，確定物體局域光、電、磁、熱和機械特性，而且具有廣泛的應用性，如刻劃納米級微細線條、甚至實現原子和分子的操縱。這一集觀察、分析及操作原子分子等功能於一體的技術已成為納米科學研究中的主要工具。
在粉體材料的研究中，粉體材料大量的存在於自然界和工業生產中，但目前對粉體材料的檢測方法比較少，制樣也比較困難。AFM 提供了一種新的檢測手段。它的制樣簡單，容易操作。以微波加熱法合成的低水合硼酸鋅粉體為例。我們可以將其在酒精溶液中用超聲波進行分散，然後置於新鮮的雲母片上進行測試。其原子力顯微圖如圖3-3所示。粒徑約為20nm 左右。
圖3-3 硼酸鋅的AFM 圖
3.1.3 成分分析
在電子顯微鏡中，用於成分分析的信號是X－射線和背散射電子。X－射線是通過SEM 系統中的能譜儀（EDS）和波譜儀（WDS）來提供元素分析的。在SEM 中利用背散射電子所呈的背散射像又稱為成分像。而在AFM 中不能進行元素分析，但它在PhaseIma ge 模式下可以根據材料的某些物理性能的不同來提供成分的信息。圖3-4 是利用tapping 模式下得到的原子力顯微鏡相位圖像，它可以研究橡膠中填充SiO2 顆粒的微分布,並可以對SiO2 顆粒的微分布進行了統計分析。
圖3-4 橡膠中的參雜情況（相位圖）
2.1.4 晶體生長方面的應用
晶體生長理論在發展過程中形成了很多模型，可是這些模型大多是理論分析的間接研究，它們和實際情況究竟有無出入，這是人們最為關心的。因而人們希望用顯微手段直接觀察到晶面生長的過程。用光學顯微鏡、相襯幹涉顯微鏡、雷射全息幹涉術等對晶體晶面的生長進行直接觀測，也取得了一些成果。但是，由於這些顯微技術解析度太低，或者是對實驗條件要求過高，出現了很多限制因素，不容易對生長界面進行分子原子級別的直接觀測。原子力顯微鏡則為我們提供了一個原子級觀測研究晶體生長界面過程的全新有效工具。利用它的高解析度和可以在溶液和大氣環境下工作的能力，為我們精確地實時觀察生長界面的原子級分辨圖像、了解界面生長過程和機理創造了難得的機遇。
近幾年，國外學者已經開始利用原子力顯微鏡進行晶體生長機理的研究，特別是研究生長界面的動態過程，這些研究已經對傳統的晶體生長理論和模型帶來了衝擊和挑戰，在此基礎上，晶體生長理論可望有新的突破。這方面的工作不僅有利於晶體生長理論本身的發展，而且有利於指導晶體生產實踐，具有重要的理論和實際意義。應用原子力顯微鏡研究和修正晶體生長機理已取得以下一些比較典型的進展。
美國科學家展示了一種新技術，就是利用原子力顯微鏡（AFM）觸發晶體生長的初結並實時地控制和觀察晶體生長過程。美國西北大學的Chad Mirkin 與同事用塗有多聚物的AFM 探針在石英基片上完成了對一種多聚物晶體的生長、觀察和控制。Mirkin小組先在室溫下用AFM 探針將一滴多聚DL 賴氨酸（PLH）滴在石英基片上。接著，他們用探針掃描這個基片，掃描區域為8×8 微米。在不斷地掃描過程中，他們先是發現了兩塊三角形的結晶，其中一塊邊長只有320 納米。他們看到這兩顆「種子」不斷地生長，同時其它的晶體也在不斷出現。他們還發現如果在AFM 探針上塗上一層PLH 就可以對晶體的生長進行控制。在控制實驗中， PLH 是直接滴在石英基片上的，他們造出了各種大小的隨意結構和三角形晶體。當溫度提升至35°C 時，他們發現晶體由三稜柱結構變成了立方體結構。如圖3-5。
這一對晶體的研究技術較之傳統X 射線衍射法，最小研究對象要小5 個數量級。這一進展的意是：以前由於晶體體積太小而無法用傳統方法研究的晶體初期生長過程首次展示在人們面前。
圖3-5 晶體的生長
3.1.5 在薄膜技術中的應用
隨著膜技術的蓬勃發展，人們力圖通過控制膜的表面形態結構，改進位膜的方法，進而提高膜的性能。在過去的多年的研究中，關於膜的製備、形態與性能之間的關係已經做了多方面的嘗試和研究，而且這些嘗試和研究對於膜的形成與透過機理都十分有價值，然而由於過程相當複雜，對其中的理解仍然是不夠充分的。1988 年，當AFM 發明以後，Albrecht 等人首次將其應用於聚合物膜表面形態的觀測之中，為膜表面形態的研究開啟了一扇新的大門。
AFM 在膜技術中的應用相當廣泛，它可以在大氣環境下和水溶液環境中研究膜的表面形態，精確測定其孔徑及孔徑分布，還可在電解質溶液中測定膜表面的電荷性質，定量測定膜表面與膠體顆粒之間的相互作用力。無論在對哪個參數的測定中， AFM 都顯示了其他方法所沒有的優點，因此，其應用範圍迅速增長，已經迅速變成膜科學技術中發展和研究的基本手段。
用於膜表面形態和結構特徵研究的手段方法和很多，如掃描電子顯微鏡、壓汞法、泡點法、氣體吸附-脫附法、熱孔法以及溶質透過特性等等。其中只有掃描電子顯微鏡能夠提供直接而又詳細的資料，如孔形狀和孔徑分布。它在一段時期曾是微電子學的標準研究工具，它可以分辨出小至幾個毫微米的細節。但是這種顯微鏡要求試樣表面塗覆金屬並在真空中成像，三維分辨能力差，發射的高能電子可能會損壞試樣表面而造成測量偏差。AFM 通過探針在試樣表面來回掃描，生成可達到原子解析度水平的圖象，並不苛刻的操作條件（它可以在大氣和液體環境中操作），以及試樣不需進行任何預處理的特點，其在膜技術中的應用引起了廣泛的興趣。
AFM 在膜技術中的應用與研究主要包括以下幾個方面：
1)膜表面結構的觀察與測定，包括孔結構、孔尺寸、孔徑分布；
2)膜表面形態的觀察，確定其表面粗糙度；
3)膜表面汙染時的變化，以及汙染顆粒與膜表面之間的相互作用力，確定其汙染程度；
4)膜製備過程中相分離機理與不同形態膜表面的之間的關係。
膜表面結構的觀察與測定
當一幅清晰的AFM 圖象得到後，在圖象上選定一條線作線分析（line analysis ），可做孔徑和孔徑分布的研究。在使用AFM 觀測膜的表面時，科研工作者不忘將其測定結果與其它方法得到的結果進行了比較。研究發現，AFM 的接觸模式與非接觸模式的測定結果相似，而SEM 和TEM 的測定值都偏小。造成這種偏差的原因是由測定方法所決定的。SEM 要求在樣品表面覆蓋一層導電層，而TEM 要求製備樣品的複製品。這些對試樣的預先處理都會帶來測量上的偏差。這已經得到了證實。同時，膜也有可能被電子光束所破壞。在膜表面結構和形態的觀察中研究人員還發現，膜的操作環境同樣會對測量結果產生影響。我們知道，AFM 可以在大氣環境和液體環境中對膜表面進行成像掃描。Bowen 在研究微孔膜時發現，隨著NaCl 溶液濃度的變小，得到的表面圖象和孔徑測定結果都相對較差。因此，AFM 不是說按一個簡單的按鈕就可以完成所有的工作，它需要在測試時調整各種參數以求達到最好的結果。儘管如此，它仍然不失為膜表面觀察的首選技術。
膜的表面粗糙度
通常認為，由高分子材料製備得到的合成膜表面應當是光滑的，因此認為在膜的製備過程中產生表面帶有花紋的膜是所不希望得到的。但是，隨著膜科學技術的發展和對膜現象的深入了解，人們越來越意識到為什麼表面看似有花紋的膜在其透過通量上卻比平整的膜表面有更大的優勢。AFM 利用其先進的掃描技術和分析方法可以對膜的表面圖象進行分析，得到其粗糙度參數。可以用AFM 觀察反滲透膜時找到膜的透過通量與粗糙度之間的關係：隨膜表面粗糙度增高，膜的水通量增大，這是因為膜的有效面積增大的緣故。換言之，表面粗糙度大的膜表面可以獲得更大的比表面積以及更大的透過通量。用AFM 研究膜表面時還發現，膜表面的粗糙區可分為非晶形區和晶形區，而且膜表面的不規整性還會影響膜的物理化學性質。
透氣通量與膜表面粗糙度的變化關係
反滲透膜和超濾膜在水處理中的一個主要問題是膜汙染。在對膜的粗糙度進行研究時發現，膜表面的粗糙度與膜汙染之間存在一定的關係。Elimelech 等研究了被膠體汙染了的醋酸纖維素反滲透膜和芳香聚醯胺反滲透複合膜，發現芳香聚醯胺複合膜的受汙染程度高，這主要歸因於複合膜表面的粗糙度高。而且膜表面圖象也顯示了相對於醋酸纖維素反滲透膜較為平整的膜表面，芳香聚醯胺複合膜存在大量的「山峰」結構。Bowen對納濾膜的研究也得到了相似的結果。由上可見，AFM 對膜表面的粗糙度的分析，對膜的性能與表面形態之間的關係研究提供了極大的方便。
膜表面汙染程度研究
在研究膜的汙染狀況前，先看看AFM 在其中的作用。AFM 可以通過測量懸臂的彎曲程度來測量膜表面與探針針尖之間的相互作用力。假設將針尖的矽/二氧化矽取而代之，換以一球形顆粒附著在懸臂上，測量其與膜表面之間的作用力，便可知其在膜上的粘附程度，從而預見膜表面的汙染狀況，這種技術稱為「膠粒探針」技術。隨著技術的提高，顆粒的直徑可以從0.75μm 做到15μm。利用「膠粒探針」技術定量分析膜表面與各種材料之間的相互作用力使得快速評估不同顆粒在膜表面的汙染狀況成為可能，簡化了膜的研製過程，並在膜材料的選擇方面提供理論指導依據，從而推動低汙染或無汙染膜的快速發展。
成膜機理研究
高分子膜結構與相分離機理緊密相關，尤其是非晶形聚合物，相分離過程對膜的表面形態和結構影響極大。AFM 對膜表面形態與結構的成像與分析，對於膜製備過程中的成膜機理研究也帶來了極大的幫助。AFM 在膜技術方面顯示了強大的應用能力。無論在空氣中或是液體環境中，AFM無需對膜進行任何可能破壞表面結構的預處理，就能生成高清晰度的膜表面圖象。通過對膜表面形態、結構以及與顆粒間的相互作用力進行測定，使人們掌握膜的結構、形態與膜性能之間的關係，了解膜的抗汙染程度，以及對成膜機理進行更深入的研究，推動膜科學技術的迅猛發展。
3.2 在其它有關方面中的應用
3.2.1 在生物學中的應用
由於AFM 的高解析度，並且可以在生理條件下進行操作和觀察，AFM 在生物學中的應用越來越得到重視。利用AFM 可以對胞以及細胞膜進行觀察。最先用AFM 進行成像的細胞是乾燥於蓋玻片表面的固定的紅細胞。在AFM 成像中，掃描區域可變動於10um 和1 nm 之間，甚至更小。因而它能夠對整個細胞或單個分子成像，如離子通道和受體。對於研究細胞來講，AFM 區別於其他工具最顯著的優勢是其可以在生理條件下進行細胞成像。如在生理鹽水中對紅細胞成像的辨別力為30nm。AFM 為科學家在生理條件下研究細胞膜和膜蛋白的結構提供了有力的手段。Langmuir-Blod gett(LB)膜的AFM 成像提供了脂質膜厚度的直接證據,這在以前已用間接的方法測定或只是一種理論推測。AFM 的高度辨別力是亞納米水平的。LB 膜的分子水平成像表現出單個頭部極性基團及分子排列，包括它們的廣範圍裝配。研究這些膜的好處在於人們可隨時改變脂質的組成，研究脂-脂相互作用，流動性，及脂-蛋白間的相互作用。用LB 膜進行研究的結論表明，AFM 對生物標本成像在一般情況下與電鏡成像一致，但卻有電鏡所不具有的優越之處：即AFM 是在近生理條件下成像。AFM 成像並非僅僅限於天然生物膜，而且可用於合成膜。利用這一點，人們可以合成特定物質所組成的生物膜，使蛋白質能夠按一定的秩序鑲嵌其內。這種技術對於對那些在通常情況下不形成陣列的蛋白質的成像具有一定的意義。
AFM 由於其納米級的解析度，可以清楚的觀察大分子，如DNA，蛋白質，多糖的物質的形貌結構。從首次用AFM 獲得DNA 分子的圖像以來，AFM 便成為研究DNA 分子的重要工具。分子辨別水平(2～3 nm)的雙鏈DNA 的成像也已能夠在空氣和液體中進行，其螺旋溝及輪匝可以辨認；DNA 分子的寬度和高度似乎依賴於操作環境(空氣或溶液)，尖端特性及所用底物。單鏈DNA 無論在何種辨別水平都較難成像。似乎還沒有發現適宜的製備方法或底物。
此外，AFM 還被應用於測定作用力和通過改變作用力而進行的微小結構加工等方面。通過改變探針的物理和化學性質，在不同的環境下來測量它與樣品表面的作用力，從而可以獲得樣品的電性、磁性和粘彈性等方面的信息。AFM 的這一功能對於研究粒子之間的相互作用是非常有用的。處於微懸臂前端的探針在樣品原子(分子)的作用下將使微懸臂產生形變。受吸引力的吸引時，針尖端將向樣品彎曲，而受排斥力作用時，向遠離樣品的方向彎曲。這種形變一般採用光學裝置來測量。在生命科學領域，可用於AFM 來探測DNA 複製、蛋白質合成、藥物反應等反應過程中的分子間力的作用，若對探針進行生物修飾，可以測量單個配體-受體對之間的結合力。若將單個生物分子的分
子鏈尾端連接到AFM 針尖上，AFM 則可根據探針上的特定分子與樣品底物之間的結合來測定其力的大小。
3.2.2 在物理學中的應用
物理學中，AFM 可以用於研究金屬和半導體的表面形貌、表面重構、表面電子態及動態過程，超導體表面結構和電子態層狀材料中的電荷密度等。從理論上講，金屬的表面結構可由晶體結構推斷出來，但實際上金屬表面很複雜。衍射分析方法已經表明，在許多情況下，表面形成超晶體結構(稱為表面重構)，可使表面自由能達到最小值。而藉助AFM 可以方便地得到某些金屬、半導體的重構圖像。例如， Si(111)表面的7*7 重構在表面科學中提出過多種理論和實驗技術，而採用AFM 與STM 相結合技術可獲得矽活性表面Si(111)-7*7 的原子級解析度圖像。AFM 已經獲得了包括絕緣體和導體在內的許多不同材料的原子級解析度圖像。隨著掃描探針顯微鏡(SPM)系列的發展和技術的不斷成熟，使人類實現了納秒與數十納米尺度的過程模擬，從工程和技術的角度開始了微觀摩擦學研究，提出了分子摩擦學和納米摩擦學的新概念。
納米摩擦學是摩擦學新的分支學科之一，它對納米電子學、納米材料學和納米機械學的發展起著重要的推動作用，而原子力顯微鏡在摩擦學研究領域的應用又將極大地促進納米摩擦學的發展。原子力顯微鏡不僅可以實現納米級尺寸微力的測量，而且可以得到三維形貌、分形結構、橫向力和相界等信息尤其重要的是還可以實現過程的測量，達到實驗與測量的統一，是進行納米摩擦學研究的一種有力手段。近年來，應用原子力顯微鏡研究納米摩擦、納米磨損、納米潤滑、納米摩擦化學反應和微型機電系統的納米表面工程等方面都取得了一些重要進展。總之，原子力顯微鏡在納米摩擦學研究中獲得了越來越廣泛的應用，已經成為進行納米摩擦學研究的重要工具之一。
掃描探針顯微鏡(SPM)系列的發展，使人們實現了納米及納米尺寸的過程模擬，微觀摩擦學的研究在工程和技術上得到展開，並提出了納米摩擦學的概念。納米摩擦學將對納米材料學、納米電子學和納米機械學的發展起著重要的推動作用。而AFM 在摩擦學中的應用又將進一步促進納米摩擦學的發展。AFM 在納米摩擦、納米潤滑、納米磨損、納米摩擦化學反應和機電納米表面加工等方面得到應用，它可以實現納米級尺寸和納米級微弱力的測量，可以獲得相界、分形結構和橫向力等信息的空間三維圖像。在AFM 探針上修飾納米MoO 單晶研究摩擦，發現了摩擦的各向異性。
總之,原子力顯微鏡在納米摩擦學研究中獲得了越來越廣泛的應用,已經成為進行納米摩擦學研究的重要工具之一。
3.2.3 在化學中的應用
許多化學反應是在電極表面進行的，了解這些反應過程，研究反應的動力學問題是化學家們長期研究的題目。吸附物質將於表面形成吸附層，吸附層的原子分子結構，分子間相互作用是研究表面化學反應的前提與基礎。在超高真空環境下，科學家們使用蒸發或升華的方法將氣態分子或原子吸附在基底（一般為金屬或半導體）上，再研究其結構。在溶液中，原子分子將自動吸附於電極表面。在電位的控制下，吸附層的結構將有不同的變化。此種變化本身與反應的熱力學與動力學過程有關，由此可以研究不同種類物質的相互作用及反應。電化學STM 在這一領域的研究中已有很好的成果。例如：硫酸是重要的化工原料，硫酸在活性金屬表面（如銠、鉑等）上的吸附一直是表面化學和催化化學中的研究熱點。儘管有關硫酸吸附的研究報告已有很多，但是其在電極表面的吸附是否有序，結構如何，表面催化變化過程，硫酸根離子與溶液中水分子的相互作用，水分子在硫酸的吸附結構形成中的作用等，長期沒有明確結論。利用電化學STM，我們在溶液中原位研究了這一體系的吸附及結構變化過程。研究發現，硫酸根離子在Rh(111)以及Pt(111)等表面與水分子共同吸附，水分子與硫酸根離子通過氫鍵結合形成有序結構。基於實驗結果，我們提出了硫酸根離子與水分子菜吸附的理論並給出了模型。
利用電位控制表面吸附分子是電化學STM 在化學研究中的又一成功應用範例。利用此技術，可以控制表面吸附分子在材料表面的結構及位向等。例如控制分子與基底平行的取向變為與基體垂直的取向。這種取向變化完全可逆，且只受電位影響，其行為類似於原子分子開關。這一研究為原子分子器件的發展提供了新的途徑。光電反應是涉及到生物、化學、環境、電子等眾多學科的一類常見的重要化學反應，利用電化學STM 可以跟蹤監視光電化學反應過程，研究反應物分解與轉化的微觀機制，如分子吸附層結構，分子間的相互作用，分子分解，以及生成物的結構等。現已受到眾多領域學者的重視。
總之，用STM 技術研究表面化學反應已獲得了許多成功，並展現了極具魅力的廣闊前景。在未來的研究中，肯定會有更多的實驗結果問世。
原子力顯微鏡教學視頻
Asylum Research 公司的生物型原子力顯微鏡教學視頻。http://www.youku.com/playlist_show/id_2700193.html
AFM簡介.ppt
NanoScope軟體操作指南
【軟體】原子力顯微鏡 圖像處理軟體 IP2.1
原子力顯微鏡探針
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原子力顯微鏡AFM原理及操作手冊
AFM_handbook_Chinese原子力顯微鏡操作手冊
島津SPM-9500原子力顯微鏡原理及操作流程
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