原子力显微镜作为纳米尺度表征的核心工具，其工作模式的选择直接影响成像质量与研究目标的达成。当前主流模式基于探针与样品的相互作用机制，可分为接触模式、非接触模式、轻敲模式及衍生功能模式四大类，各具独特应用场景与选择逻辑。
接触模式以探针与样品表面直接接触为特征，通过悬臂弯曲反映表面形貌。该模式分辨率可达亚纳米级，扫描速度较快，适用于硬质材料如金属薄膜、晶体表面的原子级成像。但需注意，接触力可能造成软质样品损伤，例如生物大分子或低弹性模量材料易产生形变。典型场景包括半导体器件的缺陷检测、陶瓷表面粗糙度分析等。
非接触模式通过探针在样品上方5-10纳米处的振动，利用范德华力等长程作用力成像。该模式对样品无机械损伤，适合脆弱表面如聚合物薄膜、分子自组装层的观测。然而，其分辨率受限于信号强度，通常低于接触模式，且对环境振动敏感，需在防震台或真空环境中操作。非接触模式在磁畴观测、表面电荷分布研究中具有不可替代性。
轻敲模式融合了接触与非接触的优点，探针在共振频率下周期性轻触样品表面。该模式通过振幅反馈控制保持恒定作用力，既保证高分辨率又减少样品损伤，成为生物样品如细胞膜、DNA链成像的S选。在软材料研究中，轻敲模式可清晰分辨聚合物相分离结构，或量化纳米颗粒的粘弹性参数。值得注意的是，模式选择需匹配探针特性——刚性探针适合高速扫描，柔性探针则降低剪切力。
衍生功能模式进一步拓展了AFM原子力显微镜的应用维度。力调制模式通过施加交变力探测样品弹性模量差异，适用于复合材料界面分析；KPFM模式通过接触电势差测量揭示半导体功函数分布；PFM模式则利用逆压电效应研究铁电材料畴结构。这些模式的选择需结合具体物理性质研究需求，例如在锂离子电池研究中，PFM可原位观测电J材料的J化翻转过程。
模式选择需综合样品特性、环境条件与研究目标。硬质样品优先接触模式以获取Z高分辨率；生物软材料必选轻敲模式避免损伤；需力学性质分析时启用力调制或QNM模式；电学性质研究则采用KPFM或C-AFM模式。特殊环境如液体电化学池需选择兼容的探针涂层与扫描参数，而高温/低温实验需匹配温控样品台与热膨胀系数适配的悬臂材料。
当前原子力显微镜技术发展已突破传统模式边界，通过多模式联用实现跨尺度表征。例如，结合高速扫描与相位成像，可实时观测纳米颗粒的布朗运动；联用拉曼光谱则能同步获取化学键信息与形貌数据。