科學網—二維結構InSe無機半導體單晶具有超常塑性

2020-12-20 科學網

 

本報訊（記者黃辛、張行勇）上海交通大學與中國科學院上海矽酸鹽研究所等單位合作，在無機塑性半導體領域取得重大突破。研究發現，二維結構範德華半導體InSe在單晶塊體形態下具有超常規的塑性和巨大的變形能力，既具有傳統無機非金屬半導體的優異物理性能，又可像金屬一樣進行塑性變形和機械加工，在柔性和可變形熱電能量轉換、光電傳感等領域有廣闊的應用前景。7月31日，該研究成果發表於《科學》。

受Ag2S準層狀結構與非局域、彌散化學鍵特性的啟發，研究人員聚焦一大類包含範德華力的二維結構材料，並在其中發現了具有超常塑性的InSe晶體。同時，研究人員發現，不同於多晶形態下的脆性行為，InSe單晶二維材料在塊體形態下可以彎折、扭曲而不破碎，甚至能夠折成「紙飛機」、彎成莫比烏斯環，表現出罕見的大變形能力。非標力學試驗結果進一步證實了材料的超常塑性，其壓縮工程應變可達80%，特定方向的彎曲和拉伸工程應變也高於10%。

進一步的實驗表明，InSe單晶塊體的塑性變形主要來自層間的相對滑動和跨層的位錯滑移，InSe的變形和塑性與其特殊的晶體結構和化學鍵密切相關。這些多重、非局域的較弱作用力一方面促進層間的相對滑移，另一方面又像「膠水」把相鄰的層「黏合」起來，抑制材料發生解理，同時保證位錯的跨層滑移。

基於InSe單晶特殊的力學性質和化學鍵特性，研究人員提出，具有高解理能、低滑移能、低楊氏模量的材料有望具有良好塑性變形能力。該判據很好地解釋了目前已發現的兩種無機塑性半導體Ag2S和InSe，也為其他新型塑性和可變形半導體的預測和篩選提供了理論依據。

該研究參加單位還包括上海電機學院、西安交通大學、中國科學院寧波材料技術與工程研究所、克萊姆森大學等。

相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.aba9778

《中國科學報》 (2020-08-03 第1版 要聞)

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