概述原子力顯微鏡：在物理行業中的應用

原子力顯微鏡是一種可用來研究包括絕緣體在內的固體材料表面結構的分析儀器。它通過檢測待測樣品表面和一個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的表面結構及性質。Bruker原子力顯微鏡是一種用于材料科學領域的分析儀器，于2015年9月11日啟用。

物理學中，AFM 可以用于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復雜。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。而借助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，而采用AFM 與STM 相結合技術可獲得硅活性表面Si(111)-7*7 的原子級分辨率圖像。

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分辨率圖像。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，并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。