電化學原子力顯微鏡(EC-AFM)在1991年問世，它將原子力顯微鏡技術擴展到電化學領域。電化學原子力顯微鏡是將接觸式的原子力顯微鏡用于電解質溶液研究電極的表面形貌，其力的作用原理與大氣中的原子力顯微鏡相同。

電化學原子力顯微鏡的原理

　　電化學原子力顯微鏡是將原子力顯微鏡與電化學方法聯(lián)用的一種技術。

　　原子力顯微鏡的原理：

　　將一個對微弱力極為敏感的微懸臂的一端固定，另一端接一微小針尖，針尖與樣品表面可輕輕接觸。針尖的原子與樣品表面原子間存在著極微小的吸引力或排斥力，將這種力控制為恒定，帶有針尖的微懸臂在垂直于樣品表面的方向上起伏運動，利用光學的檢測方法可記錄下懸臂對應于掃描各點的位置變化，從而獲得樣品表面形貌的信息。

　　利用針尖與樣品原子間作用力的不同可把原子力顯微鏡主要分為兩種模式:利用近距離排斥力為敏感信號的接觸模式和以遠距離吸引力為敏感信號的輕敲模式。原子力顯微鏡又可分為在空氣中成像和在液體中成像。

　　電化學原子力顯微鏡的結構和優(yōu)點：

　　電化學原子力顯微鏡(EC-AFM)將原子力顯微鏡和電化學設備相聯(lián)。電化學原子力顯微鏡多采用接觸模式，在電解質溶液中成像。特殊的電解池上既可固定針尖，又可接入?yún)⒈入姌O和對電極，固定在壓電陶瓷管上的樣品作為工作電極。

電化學原子力顯微鏡工作電極的選擇

　　金屬晶體、離子晶體、高定向熱解石墨(HOPG)、半導體等均可作為工作電極。工作電極必須是極為平整的。

　　硼涂層的金剛石樣品電極(BDF)可以在液體環(huán)境中提供很大范圍的電壓，而且可承受強氧化和腐蝕性的液體。根據(jù)涂層的厚度不同，BDF呈現(xiàn)半導體或半金屬的不同特性。

　　平整的金屬(Au、Pt、Ag、Rh和Cu)表面可通過以下技術得到:①退火如Au(100)電極在硫酸溶液中用電化學方法處理;②機械打磨單晶金屬Cu經(jīng)過電化學和機械打磨兩種不同方法處理后的表面適用于不同的需要;③真空蒸發(fā)沉積如在平整的硅片襯底上真空蒸發(fā)沉積。

電化學原子力顯微鏡的應用

　　電化學原子力顯微鏡在電鍍中的應用：

　　在一種金屬表面沉積另一種金屬是電極-電解質界面上發(fā)生的對結構敏感的反應之一。在欠電位沉積中，鍍層金屬以相對能斯特可逆方程較正的電位沉積到襯底金屬上。原位或離線STM、AFM被廣泛應用于欠電位沉積的研究中，用以觀察沉積的過程，選擇沉積的優(yōu)化條件。如Cu、Bi、Pb、Ag和Hg在Au上的沉積，Pb、Cd在Ag上的沉積，Cu、Ag在Pt上的沉積，Cd在Cu上的沉積等。

　　電化學原子力顯微鏡觀察電化學沉積膜的形成和性質：

　　有機分子的電聚合及電極表面的沉積一直是電化學研究的熱門課題。從電化學原子力顯微鏡的動態(tài)觀察結果可知，電化學沉積膜的形貌和結構與沉積電位、遷移電荷、介質的種類或電極的性質有關，而且AFM可以方便地檢測膜的厚度。

　　電化學原子力顯微鏡測量兩表面間的靜電力：

　　電解質溶液中的兩表面間的靜電力在物理化學、生物及工程中起著重要作用，它能使膠體和乳液更穩(wěn)定，影響生物分子的構造和功能，而且，雙層間的靜電力自身也包含著有用的信息。這種力在很大程度上受表面電勢的影響，而表面電勢引起的靜電力Z終原因歸結于電極的表面電荷變化。

　　電化學原子力顯微鏡為液體中短距離地精確測量不同電壓所產(chǎn)生的靜電力提供了便利手段。測量結果表明:靜電力與兩表面間所加電壓、電解質溶液的性質和酸堿度等因數(shù)有關。

　　電化學原子力顯微鏡用于金屬的電沉積和電腐蝕的研究已經(jīng)很深入了，對于導電聚合物膜的研究也已相當系統(tǒng)。但是，對于生物大分子如蛋白、DNA分子的電化學性質的研究仍舊很少。從微觀角度揭示生物大分子的電化學反應的本質以及研究單個生物大分子在電化學反應中的變化將是今后電化學原子力顯微鏡的一個新的研究領域。