原子力显微镜作为一种纳米级高分辨率探测工具，凭借其非破坏性、环境适应性及多功能集成特性，广泛应用于材料科学、生命科学、纳米技术等领域。其核心原理是通过探针与样品表面原子间的相互作用力（如范德华力、静电力等）实现纳米尺度形貌与物理性质的精确测量。以下从多维度系统梳理AFM原子力显微镜可测的样品类型及典型应用场景：
材料科学领域
纳米材料表征：包括石墨烯、碳纳米管、MoS₂等二维材料的厚度、层数、缺陷分析；金属纳米颗粒、量子点的尺寸分布与表面粗糙度测量；纳米线、纳米管等一维结构的表面形貌与力学特性评估。
薄膜与涂层研究：可分析半导体薄膜、氧化物薄膜、金属薄膜的表面形貌、粗糙度、孔隙结构及均匀性；评估涂层与基体材料的粘附力、厚度均匀性及界面特性。
复合材料与功能材料：用于分析复合材料中各组分的分布状态、界面结合强度；研究电池电极材料（如LiCoO₂、固态电解质）的表面形貌与纳米级变化；探测磁性材料、压电材料的电学与磁学特性。
生物样本领域
生物大分子与细胞结构：可观测DNA链、蛋白质分子、病毒的纳米级形貌；分析细胞表面硬度、弹性模量等力学特性（如癌细胞与正常细胞的力学差异）；研究细胞膜动态过程（如内吞作用）、细胞骨架结构及亚细胞结构（如微绒毛、微端丝）。
液下环境研究：在接近生理条件的液体环境中，可测量活细胞的力学属性（如杨氏模量）、细胞膜的动态行为；分析生物分子（如DNA片段）在溶液中的运动轨迹及相互作用。
纳米技术与特殊样品
二维与三维纳米结构：除石墨烯外，还可表征共价有机框架（COF）、金属有机框架（MOF）等分子基晶体材料的表面形貌与结构刚性；研究手性纳米结构（如手性Au NPs）的电子自旋过滤效应及界面反应过程。
表面物理与化学特性：可测量样品表面的粗糙度、孔径分布、粘附力、摩擦系数等力学参数；探测表面电势、导电性、磁学特性及化学活性（如催化剂表面反应过程、表面缺陷分析）。
通用样品类型
物理形态兼容性：支持粉末、液体、块体、薄膜等多种形态样品。粉末样品需提供10mg以上，液体样品约3ml，块体样品尺寸通常要求长宽0.5-3cm、厚度0.1-1cm，表面粗糙度不超过5μm。
环境适应性：可在真空、空气、液体（如细胞培养液）及生物活体环境中工作，无需对样品进行导电镀膜或真空处理，避免了传统电子显微镜的样品损伤问题。
原子力显微镜通过高分辨率成像与多物理场同步测量能力，成为纳米科学、材料研发、生物医学研究的核心工具。其应用范围从基础科研延伸至工业检测，为材料性能优化、疾病机制解析、纳米器件开发等提供了不可替代的技术支撑。随着高速AFM原子力显微镜、冷冻原子力显微镜等技术的发展，其在动态过程研究及原位表征中的应用将进一步拓展，推动多学科交叉创新的深入发展。