5.力-距离曲线——简称力曲线
SFM除了形貌测量之外，还能测量力对探针-样品间距离的关系曲线Zt（Zs）。它几乎包含了所有关于样品和针尖间相互作用的必要信息。当微悬臂固定端被垂直接近，然后离开样品表面时，微悬臂和样品间产生了相对移动。而在这个过程中微悬臂自由端的探针也在接近、甚至压入样品表面，然后脱离，此时原子力显微镜（AFM）测量并记录了探针所感受的力，从而得到力曲线。Zs是样品的移动，Zt是微悬臂的移动。这两个移动近似于垂直于样品表面。用悬臂弹性系数c乘以Zt，可以得到力F=c·Zt。如果忽略样品和针尖弹性变形，可以通过s=Zt-Zs给出针尖和样品间相互作用距离s。这样能从Zt（Zs）曲线决定出力-距离关系F（s）。这个技术可以用来测量探针尖和样品表面间的排斥力或长程吸引力，揭示定域的化学和机械性质，像粘附力和弹力，甚至吸附分子层的厚度。如果将探针用特定分子或基团修饰，利用力曲线分析技术就能够给出特异结合分子间的力或键的强度，其中也包括特定分子间的胶体力以及疏水力、长程引力等。
图5.5给出了典型力曲线（force-separation curve）特征
微悬臂开始不接触表面（A），如果微悬臂感受到的长程吸引或排斥力的力梯度超过了弹性系数c，它将在同表面接触之前，向下或向上弯曲。图中所显示的是具有最小长程力的情况，因此力曲线中的这个非接触部分没有显示形变。当针尖被带到非常接近样品表面而且感受到足够的吸引力，它就可能突然跳跃式地同样品接触（B）。一旦针尖同表面接触，微悬臂固定端继续接近样品时，微悬臂形变量增加（C）。如果微悬臂刚性很大，针尖就有可能刻压入表面。此时，力曲线在接触部分的形状和斜率（C）能提供关于样品表面的弹性信息。在微悬臂受力达到预定值之后，过程将反转即微悬臂被提起后退。由于探针同表面接触过程中有可能形成粘附或化学键，引起微悬臂被粘附在样品一段距离（D），超过接近曲线中的初始接触点。而微悬臂继续被提起一段距离后，粘附就能被打破，微悬臂在表面上方重新达到自由状态（针尖和样品间没有可测量的相互作用），这是原子力显微镜（AFM）力曲线测量中的一个关键点（E）。此时可以测量出断裂键或粘附所需要力的大小。由于毛细力、未知针尖形状以及压电晶体蠕变等因素的影响，很难进一步定量针尖-样品间的相互作用。Weisenhorn等通过比较空气和水中的Zt（Zs）曲线，证明了毛细力的影响。通过将微悬臂完全浸入水中可以排除毛细力。粘附力从空气中的10-8~10-7N降到水中的10-9N。Burnham和Blackman等也使用完好表征的针尖并控制周围环境，在超薄膜上系统研究了Zt（Zs）曲线。对于一般实验，在成像前后进行力的测定，力曲线是不可替代的工具。而且在超高真空中也可以对表面能或定域弹性等性质进行测量，甚至有可能获得关于化学组成的信息。
