直接测量出微悬臂的偏转情况,即扫描器在z 方向上的移动情况来获得图像。 这种模式对样品高度的变化较为敏感,可实现样品的快速扫描,适用于分子、原子的图像的观察。 接触模式的特点是探针与样品表面紧密接触并在表面上滑动。 针尖与样品之间的相互作用力是两者相接触原子间的排斥力,约为10 - 8 ～10 - 11N。 接触模式通常就是靠这种排斥力来获得稳定、高分辨样品表面形貌图像。 但由于针尖在样品表面上滑动及样品表面与针尖的粘附力,可能使得针尖受到损害,样品产生变形, 故对不易变形的低弹性样品存在缺点。
②非接触模式
非接触模式是探针针尖始终不与样品表面接触,在样品表面上方5～20 nm 距离内扫描。 针尖与样品之间的距离是通过保持微悬臂共振频率或振幅恒定来控制的。在这种模式中,样品与针尖之间的相互作用力是吸引力———范德华力。 由于吸引力小于排斥力,故灵敏度比接触模式高,但分辨率比接触式低。 非接触模式不适用于在液体中成像。
③轻敲模式
在轻敲模式中,通过调制压电陶瓷驱动器使带针尖的微悬臂以某一高频的共振频率和0。 01～1 nm 的振幅在Z 方向上共振,而微悬臂的共振频率可通过氟化橡胶减振器来改变。 同时反馈系统通过调整样品与针尖间距来控制微悬臂振幅与相位,记录样品的上下移动情况,即在Z 方向上扫描器的移动情况来获得图像。 由于微悬臂的高频振动,使得针尖与样品之间频繁接触的时间相当短,针尖与样品可以接触,也可以不接触,且有足够的振幅来克服样品与针尖之间的粘附力。 因此适用于柔软、易脆和粘附性较强的样品,且不对它们产生破坏。 这种模式在高分子聚合物的结构研究和生物大分子的结构研究中应用广泛。
(5) AFM中针尖与样品之间的作用力
AFM检测的是微悬臂的偏移量,而此偏移量取决于样品与探针之间的相互作用力。 其相互作用力主要是针尖最后一个原子和样品表面附近最后一个原子之间的作用力。
当探针与样品之间的距离d 较大(大于5 nm) 时,它们之间的相互作用力表现为范德华力(Van der Waals forces) 。 可假设针尖是球状的,样品表面是平面的,则范德华力随1Pd2 变化。 如果探针与样品表面相接触或它们之间的间距d 小于0。 3 nm ,则探针与样品之间的力表现为排斥力(Pauli exclusion forces) 。 这种排斥力与d13 成反比变化,比范德华力随d 的变化大得多。 探针与样品之间的相互作用力约为10 - 6 ～10 - 9N ,在如此小的力作用下,探针可以探测原子,而不损坏样品表面的结构细节。品与探针的作用力还有其他形式,如当样品与探针在液体介质中相接触时,往往在它们的表面有电荷,从而产生静电力;样品与针尖都有可能发生变形,这样样品与针尖之间有形变力;特定磁性材料的样品和探针可产生磁力作用;对另一些特定样品和探针,可能样品原子与探针原子之间存在相互的化学作用,而产生化学作用力。 但在研究样品与探针之间的作用力的大小时,往往假设样品与探针特定的形状(如平面样品、球状探针) ,可对样品和探针精心设计与预处理,避免或忽略静电力、形变力、磁力、化学作力等的影响,而只考虑范德华力和排斥力。
仪器特点：
（1）扫描时间比较短，如果扫描一幅图像需要十多分钟，那么周围的电干扰，光干扰以及震动，温度的变化等因素将直接影响到图像的准确性和完整性。