开尔文探针力显微或KPFM 是扫描探针显微镜中可用来绘制样品的表面电势或功函数的一系列电学表征方法的一员。
KPFM 可提供有关样品表面的接触电势或功函数的信息，从而提供与样品电学特性相关的对比机制。功函数在固态物理学中被定义为把一个电子从固体费米能级移到真空中所需的能量；功函数因而是表面的属性，而不是整体的属性。因此，KPFM是仅探测表面和近表面的表面敏感方法。
开尔文探针力显微在振幅调制模式下运行，这是一种动态力模式，其中具有薄导电涂层的悬臂以其共振频率被驱动（该模式也称为轻敲模式）。这些悬臂不昂贵且可商购。
KPFM 可以在 单通道或双通道 设置下运行。 在单道设置中， 尖端以恒定高度通过样品。在这个过程中，一个交流电压被施加到悬臂梁上，在针尖和样品之间产生一个振荡的静电力，这个静电力由一个锁定放大器测量。然后施加直流电压使电势为零，从而阻止悬臂梁振荡。然后将所施加的直流电压映射为针尖和样品之间接触电势差的测量值。这种电势差也可能是由于针尖和样品之间的功函数不同引起的。单道模式的一个优点是尖端离样品较近，因此在开尔文力测量中有较高的灵敏度和分辨率，但空间分辨率可能受到影响。KPFM的这种设置也是最快的一种（没有对z信号的反馈），并且还可以最小化尖端磨损。
在双通道设置中，悬臂在图像的每一行上通过两次。在第一次行程中，尖端在振幅调制模式下绘制出地形图，并保持与样品接触。然后将针尖抬起第二次通过样品，以用户指定的高度（此举升高度参数在每次成像均得以优化，通常为几纳米或几十纳米。优化需要一个平衡，使针尖尽可能接近样品，以避免来自悬臂的杂散电容，但又不要太靠近以免撞入样品）。该第二次行程类似于上面的单通道设置：将交流电压以探头的共振频率施加，以驱动探头。此电致动与压电致动相反，压电致动用于驱动悬臂以在第一行程中进行形貌成像。当样品表面电势不同于探针电势时，产生的静电力会引起悬臂的机械振动。然后，将通过电势反馈回路选择的直流电压施加到尖端和样品之间的电势差为零（记录为表面电势）。缓慢的扫描速率与双通道测量相结合，可能导致双通道模式下单个图像的获取时间较长。但是，KPFM的这种实现方式确实提供了最佳的空间分辨率，因此KPFM图像与表面形貌的相关性更高。样品功函数的定量KPFM测量是可能的，但需要一个模型来描述针尖和样品之间的静电相互作用以及知道针尖的功函数。
KPFM的应用
单通道KPFM测量的一个示例是下面的多层石墨烯薄片的测量。这些薄片是通过机械剥落石墨并随后转移到硅-二氧化硅基底上而合成的。石墨烯薄片表面的3维8mm x 8mm地形图如下所示。该地形图的颜色为KPFM信号，即成像时接触电势的图像。紫色或粉红色的对比度为高接触电势，而绿色的对比度为低接触电势。通过该接触电势图，不同厚度的薄片的不同电特性显而易见，因为顶部的薄片具有较高的接触电势（蓝色），而其它层的接触电势较低（绿色）。这些数据由FlexAFM收集。
双通道KPFM测量的另一个示例是下面的绝缘氧化物的测量。 在该样品中，将局部电荷以瑞士十字图案放置在绝缘氧化物表面层上。 地形图显示在左侧，没有任何瑞士十字图案的迹象。 KPFM图像显示在右侧，其中KPFM提供的表面电势图像清楚地显示了电荷模式。
电学模式和磁力显微的结合也很强大，如KPFM 和 MFM成像的不锈钢样品所示。开尔文探针力显微存在于 CoreAFM 和 FlexAFM 产品线中。