【复合信息】二维材料，再次登录Nature Materials！

选题背景

二维材料是指厚度仅为单层原子或分子的材料。由于其优异的机械、电气和光学性能，广泛应用于电子、光电子和能源储存领域。与传统的三维材料相比，二维材料具有独特的电子特性、优异的导电性和高机械强度。

但由于其强烈的表面效应，二维材料往往表现出较低的冲击韧性和极强的脆性，这对其性能在实际应用中的稳定性构成了极大的挑战。例如，石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）等材料，尽管强度和导电性能优异，但在应力集中时容易断裂，从而限制了它们在柔性电子设备中的应用。在材料科学研究中，提高二维材料的冲击韧性，不牺牲其强度，一直是一个重要问题。

鉴于此，香港理工大学赵炯教授、清华大学徐志平教授与香港城市大学李淑惠教授合作。Nature Materials在期刊上发表了一篇名为“”的杂志Twist-assisted intrinsic toughening in two-dimensional transition metal dichalcogenides"最新论文。这个团队设计和制备了两层过渡金属硫化物(MoS2)、WS2)结构，成功地提高了二维材料的冲击韧性。这个团队设计和制备了两层过渡金属硫化物(MoS2)、WS2)结构成功提高了二维材料的冲击韧性。研究人员扫描透射电子显微镜的原点（STEM）、纳米压痕试验与理论分析，揭示了两层TMDs设备在断裂过程中歪曲的独特自愈机制。

当两层材料出现裂纹时，裂纹边缘通过范德华力再次结合，形成稳定的晶体边界，避免了裂纹的进一步扩展，从而消耗了更多的能量，显著提高了材料的冲击韧性。该机制不仅提高了材料的韧性，而且保持了其优异的强度，这一发现为二维材料的应用提供了新的思路。结果表明，通过调整扭曲视角，可以调节材料的冲击韧性，展示了固层扭曲在二维材料中引起的全新内在韧性增强机制。这项研究不仅为未来柔性电子设备的发展提供了理论支持，也为“歪曲电子”领域的技术进步奠定了基础。

研究亮点

(1)试验首次发现，通过扭转硫族化合物(如二硫化钼和二硫化钨)两层过渡元素的结构，其冲击韧性可以显著提高，而不会牺牲强度。

(2)试验通过原点球差校准透射电子显微镜、纳米压痕试验和理论分析，揭示了扭转双层结构可以促进裂缝边缘的自发愈合，形成稳定的晶体边界，从而提高韧性。

(3)研究表明，扭转视角的调整可以有效增强材料的冲击韧性，这种增强机制源于范德华固层在扭转层之间移动后裂纹的再组合和恢复。

(4)通过晶界形成，裂纹的传播路径变成锯齿形，与传统的直线裂纹路径相比，可以有效地分散应力集中，从而提高冲击韧性。

(5)实验和模拟结果表明，扭转两层材料表现出不同于单层材料和未扭转两层材料的断裂行为，扭转带来的二次断裂和晶界愈合机制为二维材料增韧提供了新的策略。

图文解读

图1: 在二维扭角MoS2中，原点TEM观察断裂过程。

图2扭曲TMDs中晶界的形成机制和裂纹尖端钝化效应。

图3:通过纳米压痕试验和分子动力学模拟，确定扭转增韧效果。

图4: MoS2冲击韧性依赖于扭转角。

结论展望

总而言之，本文提出了一种在不降低其固有强度的情况下，简单地增强两层过渡元素硫族化合物(如MoS2和WS2)的冲击韧性的策略。通过几种机制实现了这种强化的冲击韧性。第一，通过跨层自愈机制实现韧性增强，形成晶界后出现二次断裂。晶界有效地增强了结合区域，释放出裂纹尖端的应力集中，阻碍了裂纹的扩展，从而增强了两层材料的韧性。

此外，由于完美双层的第一次断裂和每层晶界的第二次断裂，锯齿形的裂缝路径导致边缘破裂，裂缝的扩展消耗了更多的能量，从而有助于整体增韧效果。我们的原点是扫描透射电子显微镜（STEM）、纳米压痕与理论研究一致表明，硫族化合物两层过渡元素的冲击韧性取决于扭转视角，最高可达未扭转材料的1.9倍。

这项研究在不影响其强度或其他性能的情况下，提供了一种有效且更重要的方法来增强两层二维材料的冲击韧性。鉴于两层和少层二维材料的扭转，moiré这种增韧方法和机制对未来电子学和光电子学的应用有着重要的影响，越来越受到设备的重视。

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原标题：“复材信息”二维材料，再次登录Nature Materials！》

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