KPFM（Kelvin Probe Force Microscopy）是一種利用原子力顯微鏡（AFM）技術來測量樣品表面電勢和功函式的儀器。它的工作原理基於輕敲模式和Nap模式，主要用於研究表面電荷分布和電勢圖。
輕敲模式：在這種模式下，探針通過壓電馬達的振動來掃描樣品表面，同時施加一個交流電壓產生變化的靜電力使得探針振動。這種模式下，探針可以不導電。
Nap模式：這是一種雙通道模式，在掃描同一行時進行兩次掃描。第一次使用輕敲模式掃描形貌，獲得樣品表面的高度信息。第二次，探針提升一定高度並與樣品保持恆定高度差，此時探針不接觸樣品表面，以避免近程力的影響。
在Nap模式下，儀器給探針同時施加一個交流電壓和一個直流電壓。交流電壓產生變化的靜電力使得探針振動，而直流電壓用於抵消樣品表面電勢，使得探針振幅最小。當針尖直流電壓等於表面電勢時，振幅最小，此時通過檢測所需補償的電壓，即可得到表面電勢的分布。
通過這種方式，KPFM能夠提供樣品表面的三維形貌信息和表面電勢分布，從而研究電荷擴散和表面電荷分布。