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。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。

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)納米級尺寸和納米級微弱力的測量，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。