原子力显微镜（AFM）是一种高分辨率的表面分析技术，通过检测探针与样品表面的微弱相互作用力来实现纳米级成像和多物理场表征。根据测试需求，AFM的操作模式和功能模式极其丰富，主要可分为以下几大类：
一、 核心基础操作模式
这些模式主要用于获取样品的三维表面形貌和粗糙度信息，是其他高级测试的基础：
1.接触模式（Contact Mode）：探针在扫描过程中持续与样品表面直接接触，利用原子间的排斥力成像。该模式对距离变化敏感，容易获得较高的分辨率（甚至达到原子级），但较大的作用力容易刮伤或损坏较软的样品。
2.轻敲模式（Tapping Mode）：目前最常用的模式。探针在共振频率下振动，间歇性地“敲击”样品表面。它综合了接触与非接触模式的优点，大幅减小了对样品的侧向剪切力和损伤，特别适合聚合物、生物大分子等软物质研究。
3.非接触模式（Non-Contact Mode）：探针不与表面接触，而是工作在极近距离（数纳米至数百Å），通过探测长程范德华吸引力来成像。此模式对样品无损伤，但在常规大气环境下分辨率相对较低，通常在超高真空下可达原子级分辨。
4.峰值力轻敲模式（PeakForce Tapping）：一种创新的动态模式，通过精确控制探针每次敲击样品时的最大作用力，不仅能实现无损的高速形貌成像，还能同步获取力学性能数据。
二、 力学性能测试模式
用于定量或定性分析材料局部的微观机械特性：
1.定量纳米力学模式（PF-QNM / Nanomechanics）：在成像的同时，记录每个像素点的力-距离曲线，从而定量映射出样品的杨氏模量、粘附力、耗散等力学参数，适用于从水凝胶到半导体等多种材料。
2.横向摩擦力显微镜（LFM）：通过检测悬臂在水平方向上的扭转偏转，测量样品表面对探针的横向摩擦力，常用于区分具有不同摩擦系数的材料组分。
3.力调制显微镜（FMM）与纳米压痕：探针对样品施加特定的力，用于获取微区的弹性系数、硬度及弹塑性断裂行为等。
4.AFM-nDMA（纳米动态力学分析）：专门用于采集材料的粘弹性性能及其随频率变化的依赖性，并与宏观块体DMA测试结果相联系。
三、 电学与磁学性能测试模式
结合特殊的导电或磁性探针，拓展AFM在电磁领域的表征能力：
1.开尔文探针力显微镜（KPFM）：基于非接触模式，通过补偿探针与样品间的接触电势差，高空间分辨率地绘制样品表面的局部电势分布和功函数，广泛应用于半导体缺陷分析和二维材料研究。
2.导电原子力显微镜（C-AFM / PF-TUNA）：在施加偏压的情况下测量流过探针的微小隧道电流，用于表征材料局部的导电性、漏电流分布及载流子分离情况。
3.静电力显微镜（EFM）与磁力显微镜（MFM）：分别利用探针与样品间的静电相互作用或磁偶极相互作用，以极高的灵敏度描绘绝缘体表面的电荷分布或磁性材料的磁畴结构。
4.压电力显微镜（PFM / SS-PFM）：利用逆压电效应，通过施加交流电压激发样品的机械形变，用于表征铁电/压电材料的畴结构、极化翻转及压电响应迟滞回线。
四、 高阶多维数据采集模式
随着技术发展，AFM已能实现更复杂的大数据和高光谱信息采集：
1.DataCube（数据立方体）模式：在扫描过程中为每个像素点采集完整的电斜坡和力-距离曲线，提供包含形貌、力学、电学等多维信息的“大数据”高光谱映射。
2.电化学原子力显微镜（EC-AFM / PF-SECM）：支持在液体环境和外加电位下进行原位测试，实时观察电池充放电过程中的界面演化（如SEI膜的生长）、腐蚀过程或光催化反应。