許多科學(xué)家提出，若想理解纖薄的二維材料究竟是如何斷裂的，我們就得探索得比現(xiàn)有理論更遠。

    AsianScientist（2017年2月13日）消息，基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）綜合納米結(jié)構(gòu)物理中心（CINAP）的科學(xué)家們首次觀察到二維二硫化鉬（MoS2）的斷裂。目前他們已將該發(fā)現(xiàn)發(fā)表在Nature Communications期刊上，他們的發(fā)現(xiàn)有望用于指導(dǎo)設(shè)計新的二維材料。

    如今，應(yīng)用MoS2等二維材料已被看作未來電子及光電器件領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。然而可以預(yù)見的是，二維材料的機械性質(zhì)與我們常見的三維材料大相徑庭。特別是我們難以應(yīng)用現(xiàn)今的理論去預(yù)測和解釋二維材料斷裂的嚴(yán)重性及斷口形狀。

    金等延展性較好的材料可在斷裂前發(fā)生較大應(yīng)變，而玻璃等脆性材料在突然斷裂之前只能吸收相對較小的能量，且基本沒有伸展和變形。在納米尺度下，延性材料中的原子運動比脆性材料中的更為自由，因此在外部施加拉力（拉伸應(yīng)力）的情況下，這些原子可能離開原本有序的晶格，即材料專業(yè)術(shù)語中的位錯。這就是格里菲斯模型，它從誕生之日起已被人們應(yīng)用于解釋大量材料斷裂現(xiàn)象，但其正確性仍缺少原子或納米尺度的實驗數(shù)據(jù)支持。

    在上述研究中，IBS的科學(xué)家們觀察到了二維MoS2上自然形成或經(jīng)電子束穿孔形成的裂紋是如何擴展的。該研究論文的第一作者Ly Thuc Hue博士向我們闡述：“我們在進行試驗時遇到的最大困難在于如何使電子束僅能穿孔、而不導(dǎo)致材料產(chǎn)生其他缺陷又或是使材料被破壞。所以我們只能迅速完成操作，并使用盡可能低的能量。”

    這個研究采用透射電鏡對原子進行實時觀察。盡管MoS2是一種脆性材料，但令人驚訝的是，研究團隊依舊在距離它的裂紋前沿或裂紋尖端3-5nm的地方觀察到了原子位錯的存在。這個現(xiàn)象顯然不能用格里菲斯模型來解釋。

    為模擬自然條件下的開裂，研究團隊將二維MoS2樣品暴露在紫外光下，使其氧化，由此加速原子位錯形成，并使拉伸區(qū)域擴展至距裂紋尖端5-10nm處。

    “我們的研究表明，二維材料的開裂與三維脆性或韌性材料的開裂在本質(zhì)上是不同的，”CINAP教授Lee Young Hee對此解釋道，“這些現(xiàn)象無法再用常規(guī)的材料失效理論來解釋，所以我們認為很有必要為之建立一套新的理論體系。”

    感興趣的讀者可以自行閱讀關(guān)于該項研究的論文，文獻題目為： Dynamical Observations on the Crack Tip Zone and Stress Corrosion of Two-dimensional MoS2。

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