原子力顯微鏡AFM可以應(yīng)用于顯示材料中的缺陷，如裂紋、位錯和氣孔等。原子力顯微鏡的高分辨率能力使其可以應(yīng)用于脆性和韌性裂紋擴(kuò)展過程中的研究。 為了研究這些裂紋擴(kuò)展， 用一個專為數(shù)字設(shè)備 -多模式原子力顯微鏡建造的力加載裝置將細(xì)小樣本懸置于原子力顯微鏡內(nèi)部。首先在原子力顯微鏡外面用微調(diào)螺旋預(yù)壓，在小 piezostack 加電壓后，再在原子力顯微鏡內(nèi)部進(jìn)一步加壓。圖1顯示在‘I加’載模式下單晶標(biāo)本 NiAl 中的裂紋。加載后（圖左到圖右） ，裂紋在準(zhǔn)穩(wěn)定脆性方式下以 1μm的步長擴(kuò)展。

兩圖中，在裂紋尖端周圍突出顯示的紅區(qū)是小彈性位移造成的。裂紋很高的應(yīng)力強(qiáng)度產(chǎn)生一個厚度只有 10 納米左右小彈性凹陷區(qū)（紅色） 。這些脆性裂紋尖端的彈性位移在高垂直分辨率的原子力顯微鏡下可以很好的觀察到。對于尺寸較大的樣品， 具有數(shù)字指標(biāo)儀器的原子力顯微鏡系列能對進(jìn)行掃描的試樣進(jìn)行常規(guī)的加工測試。比如在張應(yīng)力或者壓應(yīng)力作用下，甚至在拉伸或者彎曲的情況下進(jìn)行測試。這種材料在室溫下極脆，但該原子力顯微鏡圖像顯示出了微量的韌性形變，如圖在裂紋尖端錯位。裂紋呈 45 度角。通過位錯釋放能被激活。裂紋中位錯釋放的數(shù)量及分布情況可通過研究保留在試樣表面的拋光痕跡得出。這些軌跡通常是機(jī)械拋光所致。從這些塑性形變以及裂紋尖端的彈性抑制區(qū)域可以計算出斷裂韌性。這將有助于對斷裂機(jī)制，金屬的脆性到韌性的轉(zhuǎn)變以及金屬間化合物有更好的理解。

原子力顯微鏡還可以用來使試樣表面產(chǎn)生塑形縮進(jìn)。壓痕技術(shù)，如維氏硬度測試，在材料科學(xué)領(lǐng)域是十分常見的方法。它可以利用用光學(xué)檢測的壓痕大小計算得到的硬度值來快速估計試樣的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。利用原子力顯微鏡，壓痕技術(shù)現(xiàn)在可以完成很多更小的尺寸和力曲線。對于納米壓痕，金剛石探針通常應(yīng)用于金屬樣品?？s進(jìn)量直接決定于原子力顯微鏡探針在經(jīng)處理后的樣品內(nèi)的縮進(jìn)大小。納米壓痕進(jìn)行最大負(fù)荷的范圍只有幾百微牛頓，這使得該技術(shù)在薄膜研究領(lǐng)域也非常具有吸引力。圖 2 顯示了原子力顯微鏡探針是如何壓痕于高溫合金 CMSX-6 不同相的，以及不同的縮進(jìn)量如何顯示母相的不同硬度。壓痕尺寸可降低至 10 納米或更低，這使得微觀結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的局部研究變得極為可能。（圖3）