原子力显微镜作为纳米科技领域的核心工具，其基础功能覆盖从形貌表征到物理性质分析的全方位纳米尺度探测，具体可归纳为以下核心能力：
1. 表面形貌与粗糙度成像
三维形貌重构：通过探针与样品表面原子间作用力（如范德华力、排斥力）的实时检测，实现纳米级分辨率的三维表面形貌重建，可清晰呈现颗粒尺寸、孔隙结构、台阶高度等微观特征。
粗糙度量化：支持表面粗糙度参数（如算术平均偏差Ra、均方根粗糙度Rq）的精确测量，适用于半导体刻蚀工艺、薄膜均匀性评估等场景。
跨尺度成像：从纳米到微米尺度的无损扫描能力，可替代传统电子显微镜的破坏性制样流程，尤其适用于生物活体样品、软质材料的研究。
2. 多样化成像模式适配不同样品特性
接触模式：探针与样品直接接触，适合硬质材料的高分辨率成像，但需注意避免样品损伤。
非接触模式：探针在样品上方振动，通过检测长程作用力成像，适用于柔软或弹性样品（如生物大分子），但分辨率相对较低。
轻敲模式：探针周期性轻触样品表面，平衡高分辨率与低损伤需求，广泛应用于聚合物、细胞等软材料研究。
3. 力学性能定量分析
纳米力学映射：通过力-位移曲线分析，可定量获取杨氏模量、粘附力、能量耗散等力学参数，适用于材料弹性、粘弹性表征。
摩擦力测量：横向力显微镜（LFM）可揭示表面摩擦系数分布，助力研究表面润滑、磨损机制。
压痕测试：纳米压痕技术可测量材料硬度与塑性变形行为，支持微纳米器件的力学可靠性评估。
4. 电学与磁学特性探测
表面电势分布：开尔文探针力显微镜（KPFM）可绘制表面功函数与电势分布图，适用于半导体器件、电化学界面研究。
压电/铁电性能：压电力显微镜（PFM）可解析压电材料的电畴结构、极化翻转动力学，助力铁电存储器开发。
磁畴可视化：磁力显微镜（MFM）可直观呈现磁性材料的磁畴排列与磁化过程，适用于磁存储材料、自旋电子学研究。
5. 环境适应性与动态过程观测
多环境兼容：支持空气、真空、液体（如生理环境）及J端温度（高温/低温）下的实验，尤其适合生物样品在生理状态下的原位研究。
动态过程追踪：可实时监测电化学沉积、金属腐蚀、锂电池充放电等动态过程，揭示反应机理与界面演化规律。
6. 多物理场耦合与跨学科应用
电化学-力学耦合：结合电化学模块，可研究电极表面形貌演变与力学性能的关联性，适用于电池材料开发。
热学特性分析：扫描热显微镜（SThM）可探测局部热导率，助力热管理材料设计。
生物界面研究：在生物医学领域，AFM可实现细胞力学特性、分子间作用力（如DNA-蛋白质相互作用）的定量测量。
AFM原子力显微镜通过上述功能的有机组合，不仅提供了超越光学衍射极限的高分辨率成像能力，更实现了从形貌到物理化学性质的多维度表征，成为材料科学、生物医学、半导体、能源等领域不可或缺的纳米表征工具。其无损检测、环境适应性强、多模式兼容等特性，使其在科学研究与工业应用中展现出不可替代的价值。