西元1970年代末期，隨著科技進步，科學家發現，奈米級大小、介於巨觀和微觀之間的「介觀」物理現象，值得進一步研究。西元1980年代，電子掃描穿隧顯微鏡（Scanning Tunneling Microscope , STM）、原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope , AFM）、近場光學顯微鏡（Near-Field Microscope , NFM）的出現，提供科學家觀測、操控奈米尺寸原子、分子的「眼睛」和「手指」；80年代後期，已有大量科學家進入奈米相關基礎研究領域。首先由政府公開將奈米列為重點研究項目的是日本，在西元1990年代初期投入大筆經費，「奈米（nanometer）」一詞就是在此時由日本提出；美國則因經費、人力充足，各方向的研究包括奈米領域一直很多，因此也維持相當領先的地位。
微米（μm） 與奈米（nanometer,nm）都是度量衡單位，1μm = 10 -6m，1nm=10 -9m。而材料尺度由微米到奈米所代表的意義並不只是尺寸的縮小，同時，新而獨特的物質特性亦隨之出現。在奈米的領域下（1~100nm），許多物質的現象都將改變，例如質量變輕、表面積增高、表面曲度變大、熱導度或導電性也明顯變高等，因此也就衍生了許多新的應用。奈米科技便是用各種方式將材料、成份、介面結構等控制在1~100 nm的大小，並改變其操控，觀測隨之而來的物理、化學與生物性質等的變化，以應用於產業。
奈米效應與現象長久以來即存在於自然界中，並非全然是科技產物，例如：蜜蜂體內因存在磁性的「奈米」粒子而具有羅盤的作用，可以為蜜蜂的活動導航；蓮花之出汙泥而不染亦為一例，水滴滴在蓮花葉片上，形成晶瑩剔透的圓形水珠，而不會攤平在葉片上的現象，即是蓮花葉片表面的「奈米」結構所造成。因表面不沾水滴，污垢自然隨著水滴從表面滑落，此奈米結構所造成的蓮花效應（Lotus Effect），已被開發並商品化為環保塗料。
原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM):該設備屬於掃描探針顯微技術（SPM）的一支，是由Binnig等人於1986年所發明的，具有原子級解像能力，可應用於多種材料表面檢測，並能在真空、氣體或液體環境中操作，因此能用來觀測生物樣品、易氧化之材料以及在危險環境中的樣品等。其主要是利用原子間凡德瓦力和距離之關係，而藉由探針受力來測量表面輪廓，針尖與樣品之間的距離變近時，凡得瓦力會變大，探針臂會有較大程度的彎曲，藉此來測量表面輪廓。
掃描探針顯微技術（Scanning Probe Microscopy：SPM）係指具有『掃描機制與動作』及『微細探針機制』的顯微技術；而原子力顯微鏡（1986年誕生）為掃描探針顯微技術（SPM）的代表儀器，其在科學上的應用已非侷限於奈米尺度表面影像的量測，更廣為應用於探索奈米尺度下，微觀的物性（光、力、電、磁）量測，對奈米科技有直接的助益。AFM是由Binnig等人於1986年所發明的，具有原子級解像能力，可應用於多種材料表面檢測，並能在真空、氣體或液體環境中操作。AFM之探針一般由成份為Si或Si3N4懸臂樑及針尖所組成，針尖尖端直徑介於20至100nm之間。主要原理係藉由針尖與試片間的原子作用力，使懸臂樑產生微細位移，以測得表面結構形狀，其中最常用的距離控制方式為光束偏折技術。AFM操作模式可區分為接觸式（contact）、非接觸式（non-contact）及間歇接觸式（或稱為輕敲式，intermittent contact or tapping）三大類，不過若要獲得真正原子解析度，必須以非接觸式的操作模式在真空環境下方能得到。目前原子力顯微鏡（AFM）的應用範圍十分廣泛，包括表面形貌量測、粗糙度分析及生醫樣品檢測等。
原子力顯微鏡（AFM）屬於掃描探針顯微技術（SPM）的一支，此類顯微技術都是利用特製的微小探針，來偵測探針與樣品表面之間的某種交互作用，如穿隧電流、原子力、磁力、近場電磁波等等，然後使用一個具有三軸位移的壓電陶瓷掃描器，使探針在樣品表面做左右前後掃描（或樣品做掃描），並利用此掃描器的垂直微調能力及迴饋電路，讓探針與樣品問的交互作用在掃描過程中維持固定，此時兩者距離在數至數百A°（10-10m）之間，而只要記錄掃描面上每點的垂直微調距離，我們便能得到樣品表面的等交互作用圖像，這些資料便可用來推導出樣品表面特性。如附圖是原子力顯微鏡（AFM）的結構示意圖。
AFM的主要結構可分為探針、偏移量偵測器、掃描器、迴饋電路及電腦控制系統五大部分，最常見的機構如圖6-4所示。距離控制方式為光束偏折技術，光係由二極體雷射產生出來後，聚焦在鍍有金屬薄膜的探針尖端背面，然後光束被反射至四象限光電二極體，在經過放大電路轉成電壓訊號後，垂直部份的兩個電壓訊號相減得到差分訊號，當電腦控制X、y軸驅動器使樣品掃描時，探針會上下偏移，差分訊號也跟著改變，因此迴饋電路便控制z軸驅動器調整探針與樣品距離，此距離微調或其他訊號送入電腦中，記錄成為X、Y的函數，便是AFM影像。
AFM的探針是由針尖附在懸臂樑前端所組成，當探針尖端與樣品表面接觸時，由於懸臂樑的彈性係數與原子間的作用力常數相當，因此針尖原子與樣品表面原子的作用力便會使探針在垂直方向移動，簡單的說就是樣品表面的高低起伏使探針作上下偏移，而藉著調整探針與樣品距離，便可在掃描過程中維持固定的原子力，此垂直微調距離，或簡稱為高度，便可當成二維函數儲存起來，也就是掃描區域的等原子力圖像，這通常對應於樣品的表面地形，一般稱為高度影像。
AFM的操作模式可大略分為以下三種：（1）接觸式：在接觸式操作下，探針與樣品問的作用力是原子間的排斥力，這是最早被發展出來的操作模式，由於排斥力對距離非常敏感，所以接觸式AFM較容易得到原子解析度。在一般的接觸式量測中，探針與樣品問的作用力很小，約為10-6至10-10N（Newton），但由於接觸面積極小，因此過大的作用力仍會損壞樣品表面，但較大的的作用力通常可得到較佳的解析度。因此選擇適當的的作用力，接觸式的操作模式是十分重要的。（2）非接觸式：為了解決接觸式AFM可能損壞樣品的缺點，便有非接觸式AFM發展出來，這是利用原子間的長距離吸引力『凡德瓦爾力』來運作。凡德瓦爾力對距離的變化非常小，因此必須使用調變技術來增強訊號對雜訊比，便能得到等作用力圖像，這也就是樣品的高度影像。一般非接觸式AFM只有約50nm（10-9m）的解析度，不過在真空環境下操作，其解析度可達原子級的解析度，是AFM中解析度最佳的操作模式。（3）輕敲式：第三種輕敲式AFM則是將非接觸式加以改良，其原理係將探針與樣品距離加近，然後增大振幅，使探針在振盪至波谷時接觸樣品，由於樣品的表面高低起伏，使得振幅改變，再利用類似非接觸式的迴饋控制方式，便能取得高度影像。
由於AFM具有原子級的解析度，是各種薄膜粗糙度檢測，及微觀表面結構研究的重要工具，並且也很適合與掃描電子顯微鏡相搭配，成為從mm至nm尺度的表面分析儀器；而AFM亦可在液體環境中操作，更可用來觀測材料表面在化學反應過程中的變化，以及生物活體的動態行為，可廣泛應用於生物科技及醫學科技上。另外就是AFM亦可應用於奈米結構之製作與加工，目前已有多種可行方法，應用於超高密度記憶裝置及次微米電子元件的製作。
參考資料
1.http://elearning.stut.edu.tw/caster/3/no6/6-2.htm 研究所固態物理
2.http://nano.nsc.gov.tw/main/1/1_03.html