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原子力显微镜的操作模式以尖端和样品之间的力的形式分类。主要有三种操作模式：接触模式，非接触模式和敲击模式。
接触模式
从概念上讲，接触模式是原子力显微镜最直接的成像模式。 原子力显微镜在整个扫描成像过程中，探针尖始终与样品表面紧密接触，相互作用力是排斥力。
扫描时，悬臂施加在针尖上的力可能会损坏样品的表面结构，因此力的范围为10-10到10-6N。如果样品表面很嫩而不能承受力，不建议使用接触模式对样品表面成像。
非接触模式
当非接触模式检测到样品表面时，悬臂在样品表面上方5至10nm的距离处振荡。此时，样品与尖端之间的相互作用受范德华力控制，通常为10-12N，样品不会被破坏，尖端不会被污染，这特别适合于研究表。柔软的物体。
这种操作模式的缺点是在室温环境中很难实现这种模式。因为样品的表面不可避免地积聚了一层薄薄的水，它在样品和针尖之间形成一个小的毛细管桥，将针的尖端与表面一起吸引，从而增加了表面上的压力。
敲击模式
敲击模式在接触模式和非接触模式之间，并且是混合概念。悬臂以其共振频率在其表面上方振荡，并且尖端仅周期性地周期性地接触敲击样品的表面。这意味着当尖端接触样品时产生的横向力显着减小。
因此，原子力显微镜攻丝模式是测试软样品时的最佳选择之一。一旦原子力显微镜开始扫描样品，则该装置用于进入系统，例如表面粗糙度，平均高度，峰和谷之间的最大距离，用于表面分析。同时，原子力显微镜还可以执行力测量并测量悬臂的弯曲程度，以确定尖端和样品之间的力。
三种模式的比较
接触模式
优点：扫描速度是原子力显微镜垂直方向发生显着变化的唯一硬样本，可以获得“原子分辨率”图像，有时更适合使用接触模式进行扫描。
缺点：横向力会影响图像质量。在空气中，由于吸附的液体层在样品表面上的毛细管作用，尖端和样品之间的粘附力很大。横向力和粘附力的组合力导致图像的空间分辨率降低，并且用尖端刮擦样品会损坏软样品（例如，生物样品，聚合物等）。
非接触模式
优点：没有力作用于样品表面。
缺点：由于尖端与样品分离，横向分辨率较低;为了避免与吸附层接触，针尖被胶合，扫描速度低于攻丝模式和接触模式原子力显微镜。
它通常仅用于非常害怕水的样品。吸附液体层必须很薄。如果它太厚，针尖将落入液体层，导致反馈不稳定并刮擦样品。由于上述缺点，接触模式的使用受到限制。
最后一个敲击模式优点是能够很好地消除了侧向力的影响。由吸附的液体层引起的力减小，图像分辨率高，并且适合于观察软，脆或粘合剂样品而不损坏表面e而缺点是比扫描模式AFM慢。
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