摘要：新理论显示只要简单地改变材料所处的环境，就能使脆性的二维材料具有超强的塑性。

莱斯大学的科学家们发现通过改变二硫化钼二维片材所处的环境条件，就能使其具有超强塑性。在含硫气氛中且温度、压力适宜的条件下，能垒降低，使位错沿晶界转移，材料性能发生改变。图中S2为硫分子，VS2为二个硫原子空缺。

版权：Xiaolong Zou/Rice University

在某种情况下，脆花生能绵软的如同太妃糖吗？莱斯大学的科学家们在分析二硫化钼二维片材时就发生了这样的怪事。

研究人员发现二硫化钼的原子级薄片材料在含硫气氛中，当压力和温度均适宜时具有超强的塑性。

这意味着可以在不破坏该材料的情况下使其发生形变。据莱斯大学的理论物理学家Boris Yakobson及博士后Xiaolong Zou介绍，这种性能是许多研究二维材料的科学家极为感兴趣的。该项研究工作发表在美国化学学会纳米快报（Nano Letters）上。

二硫化钼因其半导体属性成为许多实验室的研究目标，而莱斯大学的研究人员却对其晶界具有浓厚兴趣。一般的二维材料如石墨烯都是片状，厚度为一个原子左右，而二硫化钼二维片材具有“三明治”结构，硫原子分布在钼原子两侧。

当两个平面以不同角度生长时，处于界面处的原子在晶体生长过程中就会产生缺陷即位错。

研究人员认为可以通过控制外界气氛环境来促进这些位错在晶体中的移动，从而改变材料性能，使其在通常的断裂点以外仍具有超塑性。

塑性材料中原子可重新排列并保持形变。例如：水管工人可以将金属管件弯曲，这种可弯曲性就是塑性。Yakobson指出，当环境发生变化时，这类材料可恢复脆性。

“通常来说，材料的化学成分与力学性能之间的关联较少，而且其中的作用机理也较难理解，”Yakobson的研究团队主要是通过计算组成材料的原子之间的结合能来分析材料性能。“腐蚀是化学作用对材料力学性能产生影响的最好的例子，而腐蚀的机理目前还在研究当中。”

对于二硫化钼来说，他们提出两大机理解释晶界克服活化能垒，使材料具有塑性这一现象。机理一称为直接键合，钼原子在外力作用下发生移动；机理二，称为旋转键合，几个原子以相反方向发生移动。

经计算，研究人员发现直接键合的能垒要低于旋转键合，“通过直接键合的方式，缺陷的移动速度以数量级式增长，”Yakobson说道。“我们知道材料的力学性能如脆性或韧性都是由这些缺陷的流动性所决定的。研究结果表明我们可以影响材料的性能，比如拉伸性。”

Yakobson认为该理论可普遍用于调节一般的二维硫化物的塑性，而且通过对二维硫化物片材中的缺陷进行处理，可使这些缺险“迅速扩散、消失或者以某种状态聚集”。这就提供了一种更为简单的方式来制备用于特殊电气设备或具有特殊力学性能的硫化物。

“理论上说，这些二维材料就像是开放式的画布一般，”他说，“我们可以迅速地看到或写出它们的变化，而块体材料就不具有这种开放性。在二维材料中，每一个原子都直接与周围环境相接触。”

莱斯大学的研究生Mingjie Liu以及来自中国吉林大学的交换生Zhiming Shi也是该论文的共同作者。Yakobson不仅是莱斯大学材料科学与纳米工程学科教授，他也是一名化学教授，还是莱斯大学Richard E. Smalley纳米科学与工程技术研究所成员。

该项研究受到了美国陆军研究会多学科大学研究基金和Robert Welch基金的支持。该项研究采用了莱斯大学Ken Kennedy信息研究所的达芬奇超级计算机。

来源：上述报道基于莱斯大学提供的资料。注：材料内容和长度均有不同程度修改。

参考文献：

1.  Xiaolong Zou, Mingjie Liu, Zhiming Shi, Boris I. Yakobson. Environment-Controlled Dislocation Migration and Superplasticity in Monolayer MoS2. Nano Letters, 2015; 150422091800000 DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b00864

新材料在线编译整理——翻译：李湖燕    校正：摩天轮