在纳米科学与材料研究中，原子力显微镜的非接触模式（NC-AFM）凭借其独特的无损探测优势，成为观察易损、柔软或活性样品的理想工具。该模式通过探针与样品间的范德华力、静电力等长程作用力实现成像，避免了传统接触模式可能造成的机械损伤，尤其适用于以下四类样品：
1. 生物样本与活性分子结构
非接触模式在生物领域的应用尤为突出。例如，活细胞（如红细胞、神经元、肾上皮细胞）的表面动态行为研究，可通过非接触模式在生理环境下观察细胞膜微结构、质膜下微丝运动及病理变化，无需染色或固定，保持样品活性。对于蛋白质、DNA、病毒等生物大分子，非接触模式可揭示其三维构象、分子间相互作用及表面吸附特性，如蛋白质折叠状态、病毒衣壳表面细节等。此外，在液体环境中，非接触模式可减少流体扰动对成像的影响，适用于水相生物反应的实时监测。
2. 聚合物薄膜与软材料表面
聚合物薄膜（如高分子材料、有机薄膜）的表面形貌分析是AFM原子力显微镜非接触模式的典型应用场景。例如，聚合物膜的孔径分布、表面粗糙度、纳米结构（如嵌段共聚物相分离形貌）及膜污染机制研究。由于非接触模式作用力微弱（约10⁻¹²N），可避免对软质聚合物（如聚苯乙烯、聚乙烯）的刮擦损伤，同时探测表面孔隙结构、薄膜厚度及界面相互作用。在聚合物结晶研究中，非接触模式可追踪纳米尺度片晶到微米级球晶的形态演变，为聚合物加工与性能优化提供依据。
3. 表面电荷与磁性材料
非接触模式对表面电荷分布及磁性材料的探测具有独特优势。通过范德华力与静电力的协同作用，可绘制样品表面电荷密度图，分析绝缘体（如二氧化硅、聚合物）或半导体表面的电荷分布特征。在磁性材料研究中，非接触模式可探测磁畴结构、表面磁性异质界面及磁性纳米颗粒的分布，为磁存储材料、自旋电子器件的开发提供纳米级分辨率数据。
4. 易污染或环境敏感样品
对于易受污染或对环境敏感的样品（如有机分子层、J软材料），非接触模式可避免探针接触导致的表面污染或结构改变。例如，有机薄膜的表面吸附行为、表面活性剂分子的自组装过程及纳米复合材料的界面相容性研究。在空气或惰性气体环境中，非接触模式可稳定成像，减少氧气、水分等环境因素对样品的氧化或降解影响。
优势与适用性总结
非接触模式的核心优势在于“无损探测”与“高灵敏度”。其通过探针振动与长程作用力实现成像，既保护了样品完整性，又可获取表面形貌、力学性质（如弹性模量）、电荷分布及磁学特性等多维度信息。相较于接触模式，非接触模式更适合柔软、粘弹性、易变形或活性样品；相较于轻敲模式，其在液体环境中的稳定性更优，且对表面化学性质的探测更敏感。在材料科学、生物医学、纳米技术等领域，非接触模式已成为研究表面微观结构与物理性质的关键工具，推动着从基础科学到工业应用的创新发展。
通过合理选择原子力显微镜工作模式，非接触模式可为研究者提供安全、高分辨率的样品观测方案，尤其在生物活性保持、软材料无损分析及表面物理性质探测方面，展现出不可替代的价值。