IF 27.4！范德华异质结构中的界面应力传递与断裂

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人工将二维材料(2DMs)堆叠成范德华异质结构可创造出自然界中不存在的新材料性能,这为柔性电子等多种应用提供了巨大潜力。这种堆叠结构的性能主要由界面相互作用和二维材料的结构完整性控制。尽管界面相互作用和结构完整性起着关键作用,但到目前为止,范德华异质结构的界面应力传递和失效机制,尤其是在变形过程中的行为,尚未得到充分研究。本工作通过原位揭示单个二维材料内部的横向应变分布以及不同二维材料之间的纵向应变分布,研究了MoS2/石墨烯范德华异质结构的界面应力传递和失效机制。实验监测了MoS2的断裂以及相关的应力和应变状态。这使得能够估算出界面剪切强度和界面断裂能等各种界面性能。仅基于单个范德华异质结构测得的强度和界面性能,本文提出了一个失效准则,用于预测具有任意横向尺寸的类似范德华异质结构的失效机制。这项工作为范德华异质结构的变形微观力学提供了深入见解,对其微型化和应用(尤其是在柔性电子领域)具有重要价值。

创新点:

1. 首次系统研究了范德华异质结构在变形过程中的界面应力传递和失效机制。

2. 通过原位观察技术,同时揭示了二维材料内部的横向应变分布和不同二维材料之间的纵向应变分布。

3. 提出了一种新的失效准则,可以预测不同尺寸范德华异质结构的失效机制。

4. 首次对MoS2/石墨烯范德华异质结构的界面性能进行了定量估算。

对科研工作的启发:

1. 强调了界面相互作用在决定异质结构性能中的重要性,为优化材料设计提供了新思路。

2. 展示了原位观察技术在研究纳米材料力学行为中的强大作用,鼓励研究者开发和应用新的表征方法。

3. 揭示了从单个样品数据推广到一般性规律的方法学,为类似研究提供了范例。

4. 突出了理论模型与实验数据结合的重要性,为建立可靠的预测模型指明了方向。

思路延伸:

1. 探索其他类型的二维材料组合,研究不同材料体系中界面应力传递和失效机制的差异。

2. 研究温度、环境等外部因素对范德华异质结构界面性能的影响。

3. 开发基于本研究成果的范德华异质结构设计优化方法,以提高其在柔性电子等应用中的性能。

4. 将研究扩展到多层范德华异质结构,探索层数增加对界面应力传递和失效行为的影响。

5. 结合计算模拟方法,深入研究界面应力传递和失效的原子尺度机制。

Interfacial Stress Transfer and Fracture in van der Waals Heterostructures

Adv. Mater. (IF 27.4)

Pub Date  : 2024-10-03

DOI : 10.1002/adma.202411244

Zheling Li, Mufeng Liu, Pankaj Kumar, Zhenghua Chang, Guocheng Qi, Pei He, Yujie Wei, Robert J. Young, Kostya S. Novoselov

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