在分析原子力显微镜工作原理的基础上，详细介绍了各种基于原子力显微镜的悬臂梁微尖端器件的应用进展，并展望了悬臂梁微尖端器件的发展前景。

主要研究了一种基于高精度IPC-205B型扫描隧道显微镜（STM）的新型高精度多功能双用原子力显微镜（AFM）技术及其应用。阐述该原子力显微镜的工作原理、组成及应用，详细介绍了该AFM镜体的独特结构和新型微悬臂的制作及其检测方法。该AFM采用简单适用的新型微悬臂。并利用STM检测微悬臂的起伏，通过四维机械驱动和双压电陶瓷扫描，有效提高了扫描精度，扩大了扫描范围。该机型集AFM和STM功能为一体，其中STM可以单独使用。该机型检测精度可达：横向0．1nm，纵向0．01nm。并用该样机进行了样品表面形貌和隧道谱的实验研究。

本文介绍研制的新型卧式AFM的工作原理、简要结构、控制电路系统以及Windows/Dos兼容的图像扫描和图像处理软件系统,该AFM系统具有良好的图像重复性、稳定性和对比度,仪器的分辨率优于1 nm, 扫描范围从100 nm×100 nm到5 μm× 5 μm.本文同时讨论该AFM在铝的阳极氧化抗腐蚀处理过程研究中的应用.我们首次利用AFM对铝的阳极氧化及多孔氧化铝的水封处理全过程进行了扫描检测.实验表明,经过水封处理后的多孔氧化铝结构致密、均匀,具有理想的抗腐蚀性能.

针对目前高速扫描型原子力显微镜（AFM）主要是限于物检测且扫描速度和扫描范围均有待提高,提出了一种高速原子力显微镜结构设计方案。在压电陶瓷致动器驱动的柔性铰链结构式位移台的基础上,构建了AFM大范围扫描器,使原子力显微镜在x-y扫描方向的运动范围达到了100μm×100μm。通过傅里叶频谱分析,计算获得了AFM扫描器常用的三角波驱动信号和正弦波驱动信号的高次谐波特性及其对AFM高速扫描成像的影响程度。为了消除在扫描运动过程中的机械自激振荡,提出了将正弦波信号作为高速扫描的驱动信号,行扫速度达到50line/s。在正弦波驱动的基础上提出了一种基于位置采样的图像获取方法,有效地减小了AFM扫描器的非线性误差造成的图像畸变现象。

利用纳米测量机（NMM）和原子力显微镜（AFM）实现了高精度的台阶高度评价,该系统的测量范围可以达到25 mm×25 mm×5 mm。文中描述了NMM和AFM的工作原理,说明了NMM的高精度定位性能,系统利用NMM实现x、y方向的扫描,AFM测头只是作为零点传感器,通过将AFM的悬臂梁反馈控制信号引入到NMM的数字信号控制器中,NMM实现在z方向的辅助测量,这种测量模式减小了AFM的PZT扫描器固有特性对测量的影响。根据ISO 5436—1：2000的评价方法对经过标定的台阶高度进行评价,14次测量的标准偏差为0.52 nm。

碳纳米管探针是原子力显微镜新一代探针，在纳米表征领域有重要的应用价值。本文系统的研究了碳纳米管原子力显微镜探针和普通硅探针的机械性能对探针表征能力的影响。通过对比两种探针的耐磨损实验及对小鼠IgG蛋白成像研究发现，碳纳米管探针具有良好的弹性弯曲能力，耐磨损，而且能显著减小成像时对柔软的生物样品的损伤。发现纳米管探针具有很好的塑性，利用聚焦离子束的照射可以精确优化纳米管探针的角度，解决了碳纳米管探针角度精确调控的技术瓶颈，充分发挥纳米管探针的高分辨率优势。

简述了使用临界角角度传感器的探针驱动角度检出型ＡＦＭ的测量原理及在液体中进行测量的原理，并对在空气中和液体中的测量结果进行了分析比较。

提出了一种测量溶液粘度的微悬臂梁谐振技术.推导了溶液粘度与微悬臂梁的谐振频率的理论关系式,并利用原子力显微镜的微悬臂梁测量了不同质量分数的甘油溶液和蔗糖溶液的粘度.与落球法测量结果的比较表明,利用微悬臂梁谐振频率技术测量液体粘度的误差小于4%.这种方法不仅可以作为液体粘度的一般性测量方法,也可以通过检测溶液粘度变化来监测溶液中的化学反应.

在轻敲模式AFM中,利用DMT模型与光探针点衍射理论结合来检测微探针的振动,并对振动信号进行频率域分析,通过检测和控制信号中高次谐波分量使针尖-样品间撞击力保持恒定.测试实验表明,该系统具有结构简单、可测不同材料的样品和对软质材料样品损伤小的优点,其测量重复性可达1%,分辩力可达1～5nm.

碳纳米管具有很小的半径、较高的纵横比、高的柔软性能、独特的化学结构和确定的电子特性,这一系列性质使得它很适合用作原子力显微镜针尖.针尖的制作原先是手工操作,目前应用较广泛的是化学汽相沉积法(CVD).这种针尖使原子力显微镜的分辨率得到很大的提高,纳米操纵能力大大加强.