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原子力顯微鏡是一種分析儀器，可以用來研究固體材料的表面結構，包括絕緣體。它通過檢測待測樣品表面與微力傳感元件之間極弱的原子相互作用來研究材料的表面結構和性能。當對弱力極為敏感的微懸臂一端固定，另一端的靠近樣品時，會與樣品發生相互作用，力的作用會使微懸臂發生變形或改變其運動狀態。在對樣品進行掃描時，可以利用傳感器檢測這些變化來獲得力的分布信息，從而獲得納米級分辨率的表面形態結構信息和表面粗糙度信息。
原子力顯微鏡主要由帶的微型懸臂、微型懸臂運動檢測裝置、監測其運動的反饋回路、掃描樣品的壓電陶瓷掃描裝置、計算機控制的圖像采集、顯示和處理系統組成。微懸臂運動可以用電學方法如隧道電流檢測或光學方法如光束偏轉和干擾來檢測。當與樣品之間存在短程斥力時，通過檢測斥力可以得到表面原子分辨率圖像。一般來說，分辨率也是在納米級。AFM測量對樣品沒有特殊要求，可以測量固體表面、吸附系統等。
與SEM相比，AFM有很多優勢。與電子顯微鏡只能提供二維圖像不同，AFM能提供真實的三維表面圖像。同時，AFM不需要對樣品進行任何特殊處理，如鍍銅、鍍碳等，這些都會對樣品造成不可逆的損害。第三，電子顯微鏡需要在高真空環境下工作，而原子力顯微鏡在常壓甚至液體環境下也能很好地工作。這樣一來，它就可以用來研究生物大分子，甚至是活的生物組織。
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