《扫描探针显微分析》是“中国分析测试技术丛书”的一个分册。 扫描探针显微分析技术主要用于在纳米乃至原子尺度上观察和分析材料的表面形貌，并同步测量其力学、电学、磁学、光学等多种物理化学性质，广泛应用于从基础科学研究到新材料、微电子和生物医学等产业领域的精密检测与表征。本书编撰的主要目的是为初学者乃至纳米应用专家提供一本深入浅出的工具书，深入系统地阐述扫描探针显微分析的基本原理、仪器系统、分析功能及应用细节。本书主要内容包括扫描探针显微分析的物理原理、仪器系统组成和工作特点、多种工作环境、数据处理和测量标准化，并专篇介绍了基于扫描探针的多种显微分析技术，如力学、电学、光谱学测量及纳米加工等，本书还概述了扫描探针显微分析技术在纳米材料、生物科学和工业中的应用，为初学者提供多学科交叉应用的拓展前景。 本书可供仪器分析，尤其是扫描探针显微分析领域的科技人员，高等院校教师、研究生及高年级本科生阅读；也适用于材料、化学、化工、生物、食品、医药、农业等领域的分析工作者。

孙洁林 上海交通大学转化医学研究院研究员、博士生导师。主要从事扫描探针显微镜方法学、单分子纳米生物物理和纳米检测技术标准化研究。已累计发表学术期刊论文100余篇，先后主持多项国家级和上海市科研项目。现为全国表面化学分析标准化技术委员会委员、扫描探针显微镜工作组副组长，全国纳米技术标准化技术委员会委员，上海市显微学会荣誉理事等。 颜佳伟 厦门大学化学化工学院教授、博士生导师。多年从事本科物理化学理论及实验课教学，科研方向为利用电化学和扫描探针显微术研究电化学界面以及新型超浓电解液。参与编写《物理化学实验》《化学测量学实验》《谱学电化学》《电化学测量原理和方法》等。已发表学术期刊论文百余篇。先后承担国家自然科学基金委员会、科技部及福建省科技厅项目多项。 苏全民 中国科学院沈阳自动化研究所研究员，国家特聘专家。曾担任美国布鲁克公司高级技术总监，领导原子力显微镜技术和系统的研发，为55项美国授权发明专利的发明人，领导开发的产品在纳米研究、磁储存和半导体产业中得到广泛应用，发表 80多篇论文。担任 MRS、M&M、AVS 等国际会议的分会主席。

第一章 绪论 001~014 第一节 扫描探针技术的发展概述 002 第二节 扫描探针技术的特色和局限性 008 第三节 扫描探针技术与应用的前沿展望 009 参考文献 010 第二章 探针/样品间相互作用模式 015~030 第一节 传统模式 016 第二节 峰值力模式 017 第三节 峰值力扭转共振模式 019 一、峰值力扭转共振模式原理 019 二、峰值力扭转共振模式优势及应用 023 参考文献 028 第三章 扫描探针显微镜仪器系统 031~048 第一节 探针分类与制备 032 一、常规硅探针 032 二、电子束诱导沉积探针 032 三、探针弹性系数标定 034 第二节 成像控制系统 035 第三节 反馈控制 039 第四节 挑战与展望 042 参考文献 046 第四章 扫描探针显微分析成像环境 049~076 第一节 气氛（空气、氮气） 050 一、空气环境 050 二、氮气环境 050 三、手套箱系统 051 第二节 溶液 （水、生理溶液、电化学溶液） 052 一、概述 052 二、扫描探针受力分析 054 三、扫描探针显微镜在溶液中成像的影响因素 055 四、扫描探针显微镜在溶液中成像的应用 057 第三节 超高真空 058 一、超高真空扫描探针显微镜特点 058 二、超高真空扫描探针显微镜实验方法 059 三、应用实例 064 四、超高真空扫描探针显微镜的注意事项 066 第四节 低温 067 一、低温扫描探针成像的需求 067 二、低温维持方式 068 三、低温进针方式 072 参考文献 073 第五章 纳米力学测量 077~100 第一节 力谱测量和定量化 078 第二节 高速力谱测量 080 一、概述 080 二、高速力谱探针 081 三、高速力谱系统及应用 085 第三节 接触共振测量 086 一、概述 086 二、接触共振测量原理 088 三、间歇接触共振模式 090 第四节 纳米摩擦力测量 092 一、概述 092 二、纳米摩擦力测量原理 093 三、纳米摩擦力在二维材料测量中的应用 094 参考文献 096 第六章 数据处理和测量标准化 101~124 第一节 扫描探针显微镜的基本数据格式及特点 102 一、扫描探针显微镜的基本测量数据 102 二、扫描探针显微镜的主要工作参数与成像效果 105 第二节 探针表征标定方法与标准 108 一、几何尺寸表征标准 108 二、探针弹性系数测定标准 111 第三节 扫描探针显微镜的校准 114 一、校准的目的和意义 114 二、校准用标准样板 116 三、校准项目与要求 116 第四节 粗糙度测量及其标准化 120 一、表面粗糙度参数 120 二、使用SPM测量表面粗糙度 122 参考文献 123 第七章 电化学测量 125~138 第一节 电化学扫描探针显微术特点 126 一、电化学扫描隧道显微术特点 126 二、电化学原子力显微术特点 126 第二节 电化学扫描探针显微术实验方法 127 一、电化学扫描隧道显微术实验方法 127 二、电化学原子力显微术实验方法 132 三、电化学扫描探针显微术实验注意事项 133 第三节 电化学过程研究 134 参考文献 136 第八章 原子力显微镜红外光谱技术 139~182 第一节 概述 140 一、AFM-IR的基本原理与优势 140 二、多学科应用前景 141 第二节 原子力显微镜红外光谱技术概要 142 一、核心原理 142 二、测量流程 142 三、历史发展 143 四、技术挑战 144 第三节 纳米红外测量技术 145 一、纳米尺度的红外光谱测量 145 二、AFM-IR 145 三、s-SNOM 149 四、基于力控制的纳米红外测量方法 152 五、典型纳米红外技术对比与应用分析 162 第四节 纳米红外技术的应用 163 一、高分子材料 163 二、二维材料 168 三、生物材料 171 参考文献 176 第九章 扫描探针显微技术在材料科学研究中的应用 183~226 第一节 金属材料 184 一、表面形貌与腐蚀性能 184 二、腐蚀、钝化与界面电化学反应成像 186 三、SPM在金属材料中的应用展望 187 第二节 无机非金属材料 188 一、陶瓷材料的微观结构与晶界表征 188 二、压电与铁电性能研究 190 三、SPM在无机非金属材料中的应用展望 193 第三节 高分子材料 193 一、聚合物相分离与纳米尺度形貌研究 194 二、力学性能研究 195 三、SPM在高分子材料领域中的研究展望 197 第四节 复合材料 198 一、复合结构界面表征 198 二、纳米填料分布分析 199 三、SPM在复合材料中的应用展望 202 第五节 半导体与光电材料 203 一、有机半导体材料 203 二、无机半导体材料 205 三、SPM在半导体与光电材料领域的应用展望 206 第六节 能源材料 207 一、电池正负极材料 207 二、钙钛矿光伏材料 209 三、能源材料领域的SPM应用展望 213 第七节 碳材料与二维材料 213 一、石墨烯的高分辨成像 214 二、二维材料的光电特性研究 215 三、极化激元与局域光学响应探测 216 四、SPM在碳基材料与二维材料中的研究展望 218 第八节 扫描探针在材料科学研究中的应用展望 219 参考文献 219 第十章 扫描探针技术在生物测量中的应用 227~264 第一节 原子力显微镜在生物测量中的优势 228 第二节 生物样本制备技术 228 第三节 生物大分子的原子力显微镜研究 231 一、核酸 231 二、蛋白质与多肽分子 237 三、其他生物大分子复合体 245 第四节 细胞的原子力显微镜研究 247 一、细胞表面的原子力显微镜成像 248 二、细胞表面力学性质研究 249 三、细胞表面分子分布与性质研究 251 四、生物组织的原子力显微镜研究 251 第五节 原子力显微镜结合其他技术应用于生物测量 253 第六节 其他扫描探针技术在生物测量中的应用 254 一、近场扫描光学显微镜 254 二、扫描离子电导显微镜 255 第七节 原子力显微镜在生物测量中的应用展望 256 参考文献 257 第十一章 微管探针用于生物多维信息测量 265~304 第一节 扫描微管探针技术发展与原理 266 第二节 微管探针的制造与标定 272 一、概述 272 二、高灵敏度力电测量探针设计 273 三、探针的设计、仿真与制造 274 四、探针力学特征测量与标定 279 第三节 微管探针用于显微注射研究 281 一、概述 281 二、微管探针在单细胞显微注射中的应用 282 三、微管探针在胚胎显微注射中的应用 284 第四节 微管探针用于生物力学电学独立测量 285 一、概述 285 二、定量力学测量实验研究 286 三、细胞定量力学实验研究 290 四、细胞离子通道电流特性研究 293 第五节 微管探针用于生物力电同步测量 296 一、概述 296 二、单探针力电刺激与测量实验 297 三、心肌细胞力电信号同步测量 299 参考文献 302 索引 305~309