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利用层内解理现象快速判断二维层状材料晶格方向

近年来,通过机械剥离来制备二维材料越来越成为研究的热点。对于大部分层状材料来说, 层内大多是通过很强的共价键连接,而层间则多是靠较弱的范德华力。这导致了层状材料极易产生层间(out-of-plane)解理现象(晶体沿着特定晶面发生断裂的现象),而机械剥离纳米尺度二维材料则正是利用了这一点,来做到减小材料厚度到单层或数层原子。然而机械剥离方法不仅会导致二维材料的层间解理,同时也会造成二维材料的层内(in-plane)解理。层内解理形成的新生边缘也会很大程度上影响二维材料的性质。但是对于二维材料的层内解理,系统性的研究一直十分缺乏。


最近,香港理工大学应用物理系柴扬等人另辟蹊径,通过统计的方法,系统地研究了石墨、h-BN、MoS2、PtS2、FePS3、黑磷等二维材料的层内解理行为,发现除层间解理外,石墨和h-BN倾向于分别沿着晶向发生层内解理,容易形成armchair和zigzag两种边界;MoS2和PtS2倾向于延晶向解理,FePS3倾向于延<100>和<110>晶向解理,形成zigzag边缘。为了理解这种现象,研究者使用了理论模型与模拟,发现晶体倾向于沿着特定方向解理是由解理过程中释放的弹性能与新生成的边缘带来的界面能相互竞争而导致。


该发现的重要之处在于为判断机械剥离二维材料晶格方向提供依据。省去了使用激光或者透射电子显微镜相关方法判断的繁琐,仅仅使用光学显微镜就可在数秒之内快速而准确的判断出机械剥离的二维度材料的晶格方向。与second harmonic generation(SHG)方法相比,该方法不再受对称性的约束而要求材料层数一定是奇数,只需要材料有较强的剥离方向倾向。研究人员利用这一现象判断的单层MoS2的晶格方向,与SHG方法判断的结果非常一致。


详见ACS Nano论文 2016, 10 (9), pp 8980–8988。


该论文作者为:Yao Guo, Chunru Liu, Qifang Yin, Chengrong Wei, Shenghuang Lin, Tim B. Hoffman, Yuda Zhao, J. H. Edgar, Qing Chen, Shu Ping Lau, Junfeng Dai, Haimin Yao, H. -S. Philip Wong, and Yang Chai*

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Distinctive In-Plane Cleavage Behaviors of Two-Dimensional Layered Materials

ACS Nano, 2016, 10, 8980-8988, DOI: 10.1021/acsnano.6b05063


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