2024年1月8日，Nat. Mater.在线发表了 香港理工大学赵炯教授、杨明助理教授和香港城市大学Thuc Hue Ly课题组 的研究论文，题目为【Deciphering the ultra-high plasticity in metal monochalcogenides】。
用铅笔写字会使笔尖上的石墨发生严重的塑性变形。与石墨类似，一种丰富的范德华（vdW）层状材料家族以其强层内结合和弱层间相互作用而闻名，这使得它们很容易剥离成原子薄的二维（2D）薄膜。对具有灵活性、耐磨性、耐用性和高性能的电子器件追求使二维范德华材料成为潜在的下一代半导体。特别值得注意的是硒化铟（InSe），它表现出惊人的超高塑性。
在塑性方面，InSe、GaSe和MoS2沿基面分别表现出高达约12%、11%和9%的拉伸断裂应变，并且所有这些材料都可以在20%的弯曲应变下变形。显然，这种超高塑性与层间滑移有关。此外，层间相互作用和高剥离能的协同作用解决了跨层位错滑移的作用。
在此研究中，为了加深对二维范德华材料中这种不寻常塑性的理解，并探索无机塑性半导体，作者对金属单硫族化合物（MX）和过渡金属二硫族化合物（MX2）进行了深入的实验和理论研究。在MX中发现了一种普遍的塑性变形模式，这是由相变、层间滑移和微裂纹的协同作用促进的。这与具有强原子键的晶体形成对比，如金属和陶瓷，其中塑性主要由位错、孪晶或晶界驱动。滑移势垒的增强通过改变堆垛顺序后的钉扎效应阻止宏观断裂。二维MX材料中超高塑性和相变机制的发现对高性能无机塑性半导体的设计和开发具有重大潜力。
简而言之， MX材料避免宏观断裂的微观秘密可以描述为 ：
(1) 在大应变下，丰富的局部相变区导致层间堆垛顺序的变化；
(2) 在相界或缺陷处均匀地产生微裂纹使应变驰豫；
(3) 层间滑移较多的微裂纹区可以进一步促进相变，靠近微裂纹的新形成相阻碍了层间滑移，从而阻止了微裂纹的聚结和发展； （4）微裂纹网络提供了均匀的应变弛豫，避免了严重的应变集中。
论文链接：
Wong, L.W., Yang, K., Han, W. et al. Deciphering the ultra-high plasticity in metal monochalcogenides. Nat. Mater., 2024. https://doi.org/10.1038/s41563-023-01788-7
其他相关文献：
[1] Wei, T., Jin, M., Wang, Y. et al. Exceptional plasticity in the bulk single-crystalline van der Waals semiconductor InSe. Science, 2020, 369, 542–545. https://doi.org/10.1126/science.aba9778
[2] Gao, Z., Wei, TR., Deng, T. et al. High-throughput screening of 2D van der Waals crystals with plastic deformability. Nat. Commun., 2022, 13, 7491. https://doi.org/10.1038/s41467-022-35229-x
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