二维结构InSe无机半导体单晶具有超常塑性

  • 2020年08月03日
  • 作者: 研究人员

    研究人员

    研究人员,上海交通大学与中国科学院上海硅酸盐研究所等

    上海交通大学与中国科学院上海硅酸盐研究所等

图片来源:互联网

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上海交通大学与中国科学院上海硅酸盐研究所等单位合作,在无机塑性半导体领域取得重大突破。研究发现,二维结构范德华半导体InSe在单晶块体形态下具有超常规的塑性和巨大的变形能力,既具有传统无机非金属半导体的优异物理性能,又可像金属一样进行塑性变形和机械加工,在柔性和可变形热电能量转换、光电传感等领域有广阔的应用前景。7月31日,该研究成果发表于《科学》。

受Ag2S准层状结构与非局域、弥散化学键特性的启发,研究人员聚焦一大类包含范德华力的二维结构材料,并在其中发现了具有超常塑性的InSe晶体。同时,研究人员发现,不同于多晶形态下的脆性行为,InSe单晶二维材料在块体形态下可以弯折、扭曲而不破碎,甚至能够折成“纸飞机”、弯成莫比乌斯环,表现出罕见的大变形能力。非标力学试验结果进一步证实了材料的超常塑性,其压缩工程应变可达80%,特定方向的弯曲和拉伸工程应变也高于10%。

进一步的实验表明,InSe单晶块体的塑性变形主要来自层间的相对滑动和跨层的位错滑移,InSe的变形和塑性与其特殊的晶体结构和化学键密切相关。这些多重、非局域的较弱作用力一方面促进层间的相对滑移,另一方面又像“胶水”把相邻的层“黏合”起来,抑制材料发生解理,同时保证位错的跨层滑移。

基于InSe单晶特殊的力学性质和化学键特性,研究人员提出,具有高解理能、低滑移能、低杨氏模量的材料有望具有良好塑性变形能力。该判据很好地解释了目前已发现的两种无机塑性半导体Ag2S和InSe,也为其他新型塑性和可变形半导体的预测和筛选提供了理论依据。

该研究参加单位还包括上海电机学院、西安交通大学、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、克莱姆森大学等。

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.aba9778

来源:《中国科学报》

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