原子力显微镜（Atomic force microscopy,AFM）是表征微纳尺度下材料力学特性的重要手段之一,其能够从底层解释材料的力学行为,为生物医学、微纳制造等前沿领域研究提供了重要的途径。如何提高单探针力学特性测量的范围、拓宽动态粘弹性测量的频域、提升界面粘附力测量的效率,是传统微纳力学AFM测量技术尚未解决的问题。本文从探针的非共振驱动方式入手,设计了原子力显微镜磁驱系统,并构建了具有大输出力的磁扭矩驱动方式、磁驱探针高效制备技术以及相应的标定测量方法,形成了原子力显微镜非共振磁驱技术,实现了输出宽泛围驱动力（n N～μN）和驱动频率（～几百千赫兹）。为磁驱动AFM在微纳力学测量领域的应用奠定了基础。基于非共振磁驱原子力显微镜,开展软材料宽范围杨氏模量测量的研究。提出了解决制约探针杨氏模量测量范围问题的灵敏度统一方法,结合样品所受峰值力模量分级调节算法,实现了扫描过程中压痕深度的有效控制。通过对不同环境下（空气、水等）高分子材料、细菌等纳米力学的测量,证明了该方法利用两种AFM探针即可覆盖1 k Pa～20 GPa杨氏模量测量范围,将单一探针杨氏模量测量范围拓宽到4个数量级,较传统方法提高了2个数量级,能够实现材料纳米力学高效、精确、宽范围杨氏模量测量。利用在液体中非共振磁驱优势,开展细胞宽频域动态粘弹性测量的研究。将磁球作为探针针尖,构建了探针在多频激励下的动力学模型,以及球形针尖-细胞单频率粘弹性模型与多频率结构阻尼模型。通过对细胞同步施加多频率小幅接触振动,实现了对不同压痕深度细胞动态粘弹性在10 Hz～15 k Hz范围的宽频域测量。揭示了细胞动态粘弹性参数与压痕深度、测量频率之间的关系,有助于从多个维度认识细胞整体的力学特性。构建基于磁场驱动的AFM探针镊子,开展微纳界面粘附力高效测量的研究。设计并制备了集微操作和力谱测量于一体的AFM探针镊子,通过磁场非共振驱动探针末端夹持器,达到皮牛级(10-12N)夹持力控制精度。提出了利用动态力接触反馈,可控夹取与释放被操作对象的方法,实现了探针镊子针尖的快速更换。结合AFM探针快速扫描测量技术,能够对界面粘附力图像进行高效构建。纤维素球与纤维素膜界面粘附力实验结果,验证了所提出方法的有效性和可行性,该方法为界面粘附力的快速、高效测量提供了新的技术手段。综合上述,本文研究的原子力显微镜非共振磁驱技术、宽范围杨氏模量测量方法、宽频域动态粘弹性测量方法、界面粘附力高效测量方法,将现有仅能定性测量材料力学性能的磁驱AFM技术,提升到定量测量层面,弥补了传统AFM在力学测量上的不足,为材料的微纳力学特性表征提供了新的测量手段和平台,在新型纳米材料、生物材料、微纳机器人等领域具有重要的应用前景和科研价值。