如图1（b）所示，斥力区域的相互作用势曲线斜率相对陡峭（U ∝r-12）。因此，斥力超过吸引范德瓦尔斯力。可以通过悬臂的上弯曲来识别斥力探针-样品相互作用区域，对于更高的力设定点，其幅度增加。根据悬臂和样品的性质，高力设定点可能会引入表面损伤和/或探针磨损。

在接触模式中，悬臂对样品施加垂直力，悬臂的偏转与施加的力成正比。在小偏转时，悬臂可以看作具有弹簧常数k（单位N/m）的胡克弹簧。悬臂力的大小取决于悬臂的弹簧常数和由操作员选择的设定点（反馈的参考力）。在给定的探针-样品分离下，唯一可变的力是悬臂力。悬臂的弹簧常数可以通过Park AFM使用热调节方法轻松确定。有了已知的弹簧常数，测量的偏转（通常以纳米为单位）可以直接转换为力。

Park AFM通过光束偏转技术检测悬臂的偏转。如图2中的示意图所示，超发光二极管（SLD）发出的光束反射到悬臂的背面，然后进入位置敏感型光电探测器（PSPD）。随着悬臂的弯曲，光束在PSPD上的位置发生变化。光学路径长度（悬臂和探测器之间）与悬臂长度之比产生几何放大效应。因此，系统可以检测到悬臂的亚埃垂直运动。

图2. 接触模式AFM的实验设置示意图。悬臂偏离默认（设定点）位置时，光束在PSPD上的偏移被记录为误差信号，用作Z扫描器运动的反馈以恢复设定点值。在x和y方向扫描时，Z扫描器对误差信号的响应被记录为形貌图像。

在接触模式扫描过程中，悬臂的偏转保持在目标值（所谓的设定点）恒定。Z反馈调整Z扫描器的高度以保持设定点。接触模式中的误差信号表示设定点与PSPD上光束位置的垂直位移之间的差异（图2中的输入）。接触模式测量的示意图如图3所示。根据误差信号，反馈调整Z扫描器位置以适应形貌变化。基于Z扫描器的运动生成AFM形貌图。由于在测量过程中悬臂偏转保持恒定，所施加的总力也是恒定的。接触模式中的扫描速度取决于跟踪形貌的Z反馈。Park AFM使用高速Z扫描器和低噪声信号处理控制器，有效地实现高速接触成像，保证优质成像质量。

图4展示了接触模式成像的一个示例。原位接触模式AFM在液体中用于监测方解石晶体生长的形态变化。如图4（a）所示，方解石的（104）解理面在暴露于Ca（OH）2溶液后通过45μm×45μm概览扫描进行成像。然后，接下来在Ca（OH）2溶液中进行500nm×500nm的扫描，可视化方解石表面在60分钟内的晶体生长。

图3. 轻敲模式实验设置的示意图。检测到的悬臂振动与驱动信号之间的相位偏移，提供了材料分布的对比信息。

在接触模式扫描中，悬臂施加了可能会损坏样品和/或针尖顶部的大剪切力。特别是像吸附分子、生物样品和软聚合物这样脆弱的样品，受益于非接触模式进行形貌成像。由于非接触模式在吸引力作用区域运行，因此可以避免剪切力，显著延长针尖的使用寿命。因此，通常推荐非接触模式进行形貌成像（详见“非接触模式说明”以了解更多细节）。尽管如此，基于接触模式已经开发出各种前沿的AFM技术，因为它们需要与样品保持恒定的针尖接触，以测量额外的表面性质，包括电导率、电阻、电容、压电响应和热行为。

Figure 4. (a) 在(104)方向方解石晶体平面的AFM高度总览扫描，以及 (b) 钙水石溶液暴露时间依赖的方解石晶体生长原位成像的详细扫描。