摩擦力顯微鏡（LFM）是在原子力顯微鏡（AFM）表面形貌成像基礎上發展的新技術之一。材料表面中的不同組分很難在形貌圖像中區分開來，而且污染物也有可能覆蓋樣品的真實表面。LFM恰好可以研究那些形貌上相對較難區分、而又具有相對不同摩擦特性的多組分材料表面。
圖1 摩擦力顯微鏡掃描及力檢測示意圖
圖1示出了LFM掃描及檢測的示意圖。一般接觸模式原子力顯微鏡（AFM）中，探針在樣品表面以X、Y光柵模式掃描（或樣品在探針下掃描）。聚焦在微懸臂上的激光反射到光電檢測器，由表面形貌引起的微懸臂形變量大小是通過計算激光束在檢測器四個象限中的強度差值（A+B）-（C+D）得到的。反饋回路通過調整微懸臂高度來保持樣品上作用力恒定，也就是微懸臂形變量恒定，從而得到樣品表面上的三維形貌圖像。而在橫向摩擦力技術中，探針在垂直于其長度方向掃描。檢測器根據激光束在四個象限中，（A+C）-（B+D）這個強度差值來檢測微懸臂的扭轉彎曲程度。而微懸臂的扭轉彎曲程度隨表面摩擦特性變化而增減（增加摩擦力導致更大的扭轉）。激光檢測器的四個象限可以實時分別測量并記錄形貌和橫向力數據。
LFM是檢測表面不同組成變化的SFM技術。它可以識別聚合混合物、復合物和其他混合物的不同組分間轉變，鑒別表面有機或其他污染物以及研究表面修飾層和其他表面層覆蓋程度。它在半導體、高聚物沉積膜、數據貯存器以及對表面污染、化學組成的應用觀察研究是非常重要的。LFM之所以能對材料表面的不同組分進行區分和確定，是因為表面性質不同的材料或組分在LFM圖像中會給出不同的反差。例如，對碳氫羧酸和部分氟代羧酸的混合LB膜體系，LFM能夠有效區分開C-H和C-F相。這些相分離膜上，H-C相、F-C相及硅基底間的相對摩擦性能比是1：4：10。說明碳氫羧酸可以有效提供低摩擦性，而部分氟代羧酸則是很好的抗阻劑。
不僅如此，LFM也已經成為研究納米尺度摩擦學-潤滑劑和光滑表面摩擦及研磨性質的重要工具。為研究原子尺度上的摩擦機理，Mate等和Ruan、Bhushan對新鮮解離的石墨（HOPG）進行了表征。HOPG原子尺度摩擦力顯示出高定向裂解處與對應形貌圖像具有相同周期性（圖5.2a），然而摩擦和形貌圖像中的峰值位置彼此之間 發生了相對移動（圖5.2b）。利用原子間勢能的傅里葉公式對摩擦力針尖和石墨表面原子間平衡力的計算結果表明，垂直和橫向方向的原子間力最大值并不在同一位置，這就是觀察到橫向力和對應形貌圖像中峰谷移動的原因。同時，所觀察到的摩擦力變化是由樣品與LFM針尖間內在橫向力變化引起的，而不一定是原子尺度粘附-滑移過程造成的。對HOPG在微米尺度上進行研究也觀察到摩擦力變化，它們是由于解離過程中結構發生變化引起的。解離的石墨表面雖然原子級平坦，但也存在線形區域，該區域摩擦系數要高近一個數量級。TEM結果顯示這些線形區域包括有不同取向和無定形碳的石墨面。
另一關于原子尺度表面摩擦力特征研究的重要實例是云母表面。利用LFM系統研究了氮化硅針尖與云母表面間的摩擦行為，考察了摩擦力與應力、針尖幾何形狀、云母表面晶格取向和濕度等因素之間的對應關系。云母表面微觀摩擦系數與掃描方向、掃描速度、樣品面積、針尖半徑、針尖具體結構以及高于70%的濕度變化無關。然而，針尖大小和結構以及濕度又會影響云母樣品表面摩擦力的絕對值大小。此外，應力較低時，摩擦力與應力之間有非線性關系，這是由于彈性形變引起了接觸面積變化。利用LFM對邊界潤滑效應的研究已有報道。LB膜技術沉積的花生酸鎘單層與硅基底相比，摩擦力顯著下降了1/10，而且很容易觀察到膜上的缺陷。具有雙層膜高度的小島被整片移走。如果設定島的大小為針尖與之真實接觸面積A，已知移動島的橫向力為FL，則能夠確定出膜的剪切強度τ=FL/A。