原子力顯微鏡是一種可用來研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。它通過檢測待測樣品表面和一個(gè)微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。Bruker原子力顯微鏡是一種用于材料科學(xué)領(lǐng)域的分析儀器，于2015年9月11日啟用。
物理學(xué)中，AFM 可以用于研究金屬和半導(dǎo)體的表面形貌、表面重構(gòu)、表面電子態(tài)及動(dòng)態(tài)過程，超導(dǎo)體表面結(jié)構(gòu)和電子態(tài)層狀材料中的電荷密度等。
從理論上講，金屬的表面結(jié)構(gòu)可由晶體結(jié)構(gòu)推斷出來，但實(shí)際上金屬表面很復(fù)雜。衍射分析方法已經(jīng)表明，在許多情況下，表面形成超晶體結(jié)構(gòu)(稱為表面重構(gòu))，可使表面自由能達(dá)到最小值。而借助AFM 可以方便地得到某些金屬、半導(dǎo)體的重構(gòu)圖像。例如， Si(111)表面的7*7 重構(gòu)在表面科學(xué)中提出過多種理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，而采用AFM 與STM 相結(jié)合技術(shù)可獲得硅活性表面Si(111)-7*7 的原子級(jí)分辨率圖像。
AFM 已經(jīng)獲得了包括絕緣體和導(dǎo)體在內(nèi)的許多不同材料的原子級(jí)分辨率圖像。隨著掃描探針顯微鏡(SPM)系列的發(fā)展和技術(shù)的不斷成熟，使人類實(shí)現(xiàn)了納秒與數(shù)十納米尺度的過程模擬，從工程和技術(shù)的角度開始了微觀摩擦學(xué)研究，提出了分子摩擦學(xué)和納米摩擦學(xué)的新概念。
納米摩擦學(xué)是摩擦學(xué)新的分支學(xué)科之一，它對(duì)納米電子學(xué)、納米材料學(xué)和納米機(jī)械學(xué)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)作用，而原子力顯微鏡在摩擦學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用又將極大地促進(jìn)納米摩擦學(xué)的發(fā)展。原子力顯微鏡不僅可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)尺寸微力的測量，而且可以得到三維形貌、分形結(jié)構(gòu)、橫向力和相界等信息尤其重要的是還可以實(shí)現(xiàn)過程的測量，達(dá)到實(shí)驗(yàn)與測量的統(tǒng)一，是進(jìn)行納米摩擦學(xué)研究的一種有力手段。
近年來，應(yīng)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(xué)反應(yīng)和微型機(jī)電系統(tǒng)的納米表面工程等方面都取得了一些重要進(jìn)展?？傊恿︼@微鏡在納米摩擦學(xué)研究中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為進(jìn)行納米摩擦學(xué)研究的重要工具之一。
掃描探針顯微鏡(SPM)系列的發(fā)展，使人們實(shí)現(xiàn)了納米及納米尺寸的過程模擬，微觀摩擦學(xué)的研究在工程和技術(shù)上得到展開，并提出了納米摩擦學(xué)的概念。納米摩擦學(xué)將對(duì)納米材料學(xué)、納米電子學(xué)和納米機(jī)械學(xué)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)作用。而AFM 在摩擦學(xué)中的應(yīng)用又將進(jìn)一步促進(jìn)納米摩擦學(xué)的發(fā)展。
AFM 在納米摩擦、納米潤滑、納米磨損、納米摩擦化學(xué)反應(yīng)和機(jī)電納米表面加工等方面得到應(yīng)用，它可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)尺寸和納米級(jí)微弱力的測量，可以獲得相界、分形結(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)了摩擦的各向異性。
總之,原子力顯微鏡在納米摩擦學(xué)研究中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用,已經(jīng)成為進(jìn)行納米摩擦學(xué)研究的重要工具之一。
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