原子力显微镜对样品的表面形态的研究主要通过以下方式进行：
一、基本原理
AFM原子力显微镜利用原子、分子间相互作用力来观察物体表面微小形貌。它通过一个微小的探针来感知和测量样品表面与探针之间的相互作用力，从而获得样品的表面形貌信息。这种相互作用力通常包括范德华力、静电力等，当探针接近样品表面时，这些力会引起探针悬臂的微小形变，通过检测这种形变，可以重构出样品表面的三维形貌。
二、成像模式
原子力显微镜具有多种成像模式，以适应不同样品和实验需求，常见的成像模式包括：
接触模式：探针**和样品做柔软性的“实际接触”，当针尖轻轻扫过样品表面时，接触的力量引起悬臂弯曲，进而得到样品的表面图形。该模式能提供稳定且高分辨率的样品表面图像，但可能损坏样品表面或造成针尖污染。
非接触模式：针尖在样品表面的上方振动，始终不与样品接触，探测器检测的是范德华作用力和静电力等对成像样品没有破坏的长程作用力。该模式避免了接触模式的潜在风险，但分辨率相对较低。
轻敲模式：结合了接触与非接触模式的优点，既减少了剪切力对样品的破坏，又适用于柔软样品表面的成像。在轻敲模式中，针尖以一定的频率和振幅在样品表面振动，通过检测驱动微悬臂探针振动的信号源的相位角与微悬臂探针实际振动的相位角之差（即两者的相移）来成像。这种成像模式可以提供关于样品表面局域性质的丰富信息。
三、表面形态研究
利用AFM原子力显微镜，可以对样品的表面形态进行以下方面的研究：
表面形貌和粗糙度：通过测量样品表面与探针之间的相互作用力，原子力显微镜可以重构出样品表面的三维形貌，并计算出表面平均粗糙度Ra和均方根粗糙度Rq等参数。这些参数对于了解样品表面的物理化学性质以及材料的性能具有重要意义。
纳米结构分析：AFM原子力显微镜能够观察到纳米级别的结构，如纳米颗粒、纳米线、纳米管等。通过对这些结构的形态、尺寸和分布进行分析，可以深入了解样品的微观结构和性能。
相图分析：作为轻敲模式的一项重要的扩展技术，相位模式可以通过检测驱动微悬臂探针振动的信号源的相位角与微悬臂探针实际振动的相位角之差的变化来成像。不同材料的物理特性（如组分、硬度、粘弹性质、模量等）会引起相移的变化，因此可以利用相图来区分不同材料的分布状况。
动态过程研究：原子力显微镜还可以用于研究样品表面形态随时间、温度等条件的变化过程。例如，可以观察样品在加热或冷却过程中的形态变化，以及样品在化学反应或物理过程中的表面重构现象。
四、样品要求与制备
为了确保AFM原子力显微镜测试的准确性和精确性，对样品有一定的要求：
样品表面应干净、平整和均匀。任何污染物或不均匀的表面都会影响原子力显微镜测试的精确性和准确性。
样品必须保持在干燥的环境中。如果样品表面有水分或其他液体残留物，则可能会导致测试结果不准确。对于有机物样品，应具有足够的疏水性，以保证平整的表面并防止吸附液污染样品。
样品大小一般不超过1厘米，高度也应控制在1厘米以内。对于某些特殊样品，如纳米线、纳米管等，需要进行特殊处理以保证成像质量。
此外，不同类型的样品（如粉末、液体、块体、薄膜等）需要采用不同的制备方法和注意事项。例如，粉末样品需要分散在适当的溶剂中并涂布在载片上；液体样品需要控制其浓度以避免粒子团聚损伤针尖；块体样品需要抛光处理以确保其表面粗糙度符合要求；薄膜样品则需要固定在导电基底上以进行某些特定的测试（如PFM、KPFM等）。
综上所述，AFM原子力显微镜通过利用原子、分子间相互作用力来观察物体表面微小形貌，具有高精度、多功能的优点。在样品表面形态的研究中，原子力显微镜能够提供丰富的信息，为材料科学、化学、生物工程等领域的研究提供有力支持。