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位错核的拓扑结构与极性决定了单层二硫化钼的机械强度

DOI：10.1016/j.apmt.2018.12.019 期刊：Applied Materials Today 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 与具有常见五七环（5|7）核心位错偶极的均质元素石墨烯不同，异质元素二硫化钼（MoS2）被发现含有多种能调控化学和物理性质的位错核心。然而，这些不可避免的位错核心如何影响MoS2的力学行为却几乎未被探究。本文通过直接原子尺度模拟，研究了拉伸载荷下单一位错嵌入MoS2单层的力学特性。所有孤立位错核心都会引发极性应力集中，其中伯格斯矢量较大的构型虽能量上不利但会呈现局部褶皱行为。研究表明：MoS2的本征抗拉强度由位错核心的拓扑结构与极性决定；位错核心诱导的最大残余应力与单层强度呈强负相关；力学失效始于缺失原子链侧的位错多边形键合处——扶手椅取向的4|8位错仅表现脆性断裂，而锯齿取向位错则出现双模式脆/韧断裂：Mo-S-Mo角取向裂纹呈脆性，S-Mo-S角取向裂纹则表现为韧性。本研究为通过位错工程实现异质二维材料力学设计及实际应用提供了新见解。
作者： Jianyang Wu，Hao Gong，Zhisen Zhang，Jianying He，Pilar Ariza，Michael Ortiz，Zhiliang Zhang
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为理解位错核的拓扑结构与极性如何影响单层二硫化钼的机械强度及失效机制——这对设计基于二硫化钼的器件至关重要。

研究成果

单层二硫化钼的本征抗拉强度关键取决于位错核的拓扑结构与极性，最大残余应力与强度之间存在显著的负相关关系?；凳加谖淮矶啾咝未Φ幕Ъ狭眩獬萑∠蛭淮碇性蛲狈⑸嘈?韧性双重断裂。这些发现为通过位错工程学设计异质元素二维材料提供了理论依据。

研究不足

模拟实验在低温（10 K）和高应变率（1.0 × 10^8/s）条件下进行，可能无法完全反映真实情况。该研究聚焦于孤立位错，未考虑多重缺陷间相互作用或环境效应。虽然REBO势函数已通过验证，但作为经验模型，其可能无法准确捕捉所有量子力学效应。

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