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當(dāng)前，柔性電子領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，推動(dòng)著社會(huì)的信息化和智能化進(jìn)程。作為柔性電子器件的核心，半導(dǎo)體材料期望具有良好的電學(xué)性能與優(yōu)異的可加工和變形能力。然而，現(xiàn)有的無機(jī)半導(dǎo)體盡管電學(xué)性能優(yōu)異，但通常具有本征脆性，其機(jī)械加工和變形能力較差；而有機(jī)半導(dǎo)體雖具有良好的變形能力，但電學(xué)性能普遍低于無機(jī)材料。開發(fā)兼具良好電學(xué)和力學(xué)性能的新型半導(dǎo)體有望推動(dòng)柔性電子的迅速發(fā)展。

對二維材料而言，單層或薄層樣品很容易發(fā)生彈性變形，表現(xiàn)出一定的柔性；然而，當(dāng)厚度增大時(shí)，二維材料通常因其較弱的層間作用力極易發(fā)生解理，因此塊體形態(tài)下的變形能力很差。

圖1. InSe單晶塊體的超常塑性。（A）晶體結(jié)構(gòu)；（B-D）樣品可折疊或彎曲成“紙飛機(jī)”、莫比烏斯環(huán)、螺旋圈等各種形狀而不破裂；（E）沿c軸與（F）垂直c軸方向壓縮的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及壓縮前后樣品照片。

該研究發(fā)現(xiàn)，不同于多晶形態(tài)下的脆性行為，InSe單晶二維材料在塊體形態(tài)下可以彎折、扭曲而不破碎，甚至能夠折成“紙飛機(jī)”、彎成莫比烏斯環(huán)，表現(xiàn)出罕見的大變形能力。非標(biāo)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了材料的超常塑性，其壓縮工程應(yīng)變可達(dá)80%，特定方向的彎曲和拉伸工程應(yīng)變也高于10%。

圖2 InSe塑性變形機(jī)制與機(jī)理。（A）刃位錯(cuò)的反傅里葉變換掃描透射暗場像（IFT-DF-STEM）；（B-C）掃描電鏡（SEM）下原位壓縮實(shí)驗(yàn)，揭示了層間滑動(dòng)與跨層滑移；（D）常見六方結(jié)構(gòu)二維材料的面內(nèi)楊氏模量；（E）滑移能與解理能；（F）差分電荷密度與（G）晶體軌道哈密頓分布密度（COHP），間接佐證了層間長程作用力的存在。

相關(guān)成果以“Exceptional plasticity in the bulk single crystalline van der Waals semiconductor InSe”為題發(fā)表在《科學(xué)》（Science）上。該工作的通訊單位和第一作者單位為上海交通大學(xué)，微觀力學(xué)測試與表征部分是由西安交大完成：材料學(xué)院單智偉教授團(tuán)隊(duì)的王悅存副教授為該工作的共同第一作者，單智偉教授為作者之一。史迅教授/研究員、Jian He教授、陳立東研究員為本文通訊作者；上海交大魏天然助理教授、上海電機(jī)學(xué)院金敏教授為共同第一作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/369/6503/542