原子力显微镜通过一系列精密的过程来精确测量材料的性质，其主要原理和工作方式如下：
工作原理：
AFM原子力显微镜利用一个对微弱力J端敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖。当针尖接近样品表面时，针尖与样品表面之间的原子间相互作用力会导致悬臂的振动发生变化。
通过检测悬臂的振动变化，可以测量出针尖与样品表面之间的相互作用力，进而获得样品表面的形貌和性质信息。
工作模式：
接触模式：针尖与样品表面距离小，利用原子间的斥力。这种方式可以获得高解析度图像，但可能对样品和针尖造成一定的损伤，不适合于表面柔软的材料。
非接触模式：针尖距离样品5-20nm，利用原子间的吸引力。这种方式不损伤样品表面，可测试表面柔软的样品，但分辨率相对较低。
轻敲模式：探针在Z轴维持固定频率振动，当振动到谷底时与样品接触。这种方式对样品破坏小，分辨率几乎同接触模式相同。
主要特征：
原子力显微镜可以提供纳米级材料的三维图像，以及与其定性和定量特性相关的有价值数据，如物理性质（形态、表面纹理、粗糙度等）、尺寸、体积分布和表面积等信息。
AFM原子力显微镜操作简单、成本低廉，并且纳米级成像所需的实验室空间相对较少。
测量过程：
通常，原子力显微镜配备有一个悬臂，悬臂由一个扫描样本表面的尖锐探针组成。
悬臂梁由硅或氮化硅组成，其J端半径曲率是以纳米尺度测量的。
悬臂梁的一端与压电位移致动器相连，由AFM原子力显微镜控制，另一端则包含与试样相互作用的探针J端。
当探针靠近表面时，由于表面相互作用，探针会受到吸引力或排斥力，导致悬臂梁偏转。
通过激光束和位置敏感光电二极管(PSPD)测量悬臂梁的偏转，进而获得样品的成像。
影响因素：
探针-表面相互作用的性质是影响原子力显微镜图像准确性的主要因素之一。
其他影响因素还包括扫描速度、样品表面性质、环境条件等。
综上所述，AFM原子力显微镜通过检测针尖与样品表面之间的原子间相互作用力，结合不同的工作模式，可以精确测量材料的表面形貌和性质，为纳米科学和技术领域的研究提供有力的工具。