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原子力顯微鏡AFM：解鎖納米科技的無限可能
原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy，AFM)是一種具有原子級別高分辨率的新型表面分析儀器，它不但能像掃描隧道顯微鏡(STM)那樣觀察導體和半導體材料的表面現象，而且能用來觀察諸如玻璃、陶瓷等非導體表面的微觀結構，還可以在氣體、水和油中無損傷地直接觀察物體，大大地拓展了顯微技術在生命科學、物理、化學、材料科學和表面科學等領域中的應用。
AFM主要由掃描隧道顯微鏡(STM)發展而來，其基本原理相似。AFM 通過一個微小的針尖與樣品表面相互作用，以實現高分辨率的表面成像。針尖與樣品之間的相互作用力可以是吸引力或斥力。根據針尖與樣品表面之間的距離和作用力的性質，AFM 主要有三種成像模式：接觸模式、非接觸模式和輕敲模式。
1.接觸模式：針尖與樣品表面距離較小，利用原子間的斥力。這種模式可以獲得高解析度圖像，但可能導致樣品變形和針尖受損。接觸模式不適合于表面柔軟的材料。
2.非接觸模式：針尖距離樣品 5-20 納米，利用原子間的吸引力。這種模式不損傷樣品表面，可測試表面柔軟樣品，但分辨率較低，有誤判現象。
3.輕敲模式：針尖在掃描過程中周期性地接觸和離開樣品表面，以減少表面損傷和提高成像分辨率。
AFM的出現，極大地推動了納米科技的發展。在材料科學領域，科學家利用AFM研究納米材料的表面形貌、粗糙度、力學性質等，為設計更先進的功能材料提供了寶貴數據。在生物醫學領域，AFM成為解析生物分子結構、細胞膜動態變化及細胞間相互作用的重要工具，助力新藥研發與疾病診斷。此外，在半導體工業、數據存儲技術乃至環境科學等多個領域，AFM都發揮著非常重要的作用。