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它通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的較微弱的原子間相互作用力來研究物質的表面結構及性質。將一對微弱力*端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發生形變或運動狀態發生變化。掃描樣品時，利用傳感器檢測這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級分辨率獲得表面形貌結構信息及表面粗糙度信息。原子力顯微鏡的用途：

材料表面形貌的觀察和分析；

對生物細胞的表面形態觀察；

生物大分子的結構及其他性質的觀測研究；

生物分子間力譜曲線的觀測。

在進行實驗時，應注意樣品顆粒或者表面粗糙度不能過大。如果樣品表面起伏過大的樣品可能會超出儀器掃描范圍，另外粗糙度比較大的樣品會導致針尖易磨鈍或者受污染，對圖像質量有很大影響，且磨損無法修復增加耗材成本。