力调制模式成像技术

力调制模式（Force Modulation Mode，FMM）是原子力显微镜的一种扩展功能。力调制模式的原理如下图所示：

原子力显微镜力调制模式的原理

在原子力显微镜的接触模式（Contact mode）下，对探针在扫描的垂直方向上额外施加一小的振荡激励，震荡频率（调制频率）远高于扫描速度和系统反馈的响应速度，这样，相当于对探针与样品的作用力大小设置点基础上进行调制，而探针对样品的平均作用力同简单接触模式是相等的。由于探针针尖与样品相接触，表面阻止了微悬臂的振荡并引起它的弯曲。在相同作用力和相同的调制幅度的条件下，样品刚性区域的形变要比柔性区域小很多。也就是说，对于垂直振荡的探针，刚性表面对其产生更大的阻力，随之微悬臂的弯曲就较大。微悬臂形变幅度的变化就是对表面相对刚性程度的测量。在对样品进行扫描成像时，形貌信息（直流或非振荡形变）与代表样品刚度的力调制数据(AC或振荡形变）是同时采集的，因此可以实时同步原位得到样品表面形貌和刚度分布。

使用力调制技术在那些形貌特征差别不明显的表面上，进行表面相对弹性的观察研究是很有意义的。力调制技术在聚合物、半导体、材料组成和其他领域有着很大的应用前景。

下图为本原仪器获得的碳纤维/复合材料横截面区域的表面形貌和相对刚度检测结果：