通过硫族元素替代实现二维硫化钼中的极限应变
应变被广泛用来调节材料的物理化学性质，通常成为应变工程。材料的应变工程催生了很多技术应用，而应变主要通过异质外延生长来实现。外延生长的材料与衬底间的晶格失配导致外延层产生应变。二维材料从其被发现以来，就被认为在应变工程方面具有特别的潜力。这主要归因于其原子级的厚度和超高的柔性，因此能承载超高的弹性应变。然而，传统的外延生长方法并不能沿用到二维材料，原因在于其表面无悬挂键，与衬底之间只存在微弱的范德华力相互作用，外延生长的二维材料通常都倾向于保持无应变的状态。与非层状材料的应变工程相似，在实际应用中通常要求应变材料能实现大规模制备，且应变均匀且大小可调节。采用柔性衬底弯折和纳米探针等机械方式，或者采用弯曲的衬底的方式并不能满足这些条件。这无疑限制了二维材料在应变工程方面的发展，其巨大的潜力无法得到实现。MoS2是典型的二维半导体材料，因其在下一代晶体管以及柔性光电器件中广阔的应用前景而受到研究者的关注。然而，目前，其在器件中的性能受到其低的迁移率等因素的限制。单层的二硫化钼能承载高达11%的弹性应变，应变工程在调节其物理化学性能方面具有巨大的潜力。然而，由于在二维材料上施加均匀高应变上的困难，其潜力无法得到实现。一种能在二维二硫化钼上产生均匀高应变的方在调控其性能以及拓展其应用方面具有重大的意义。
图1：（a）二维MoTe2通过硫化转变为高应变的二维MoS2。(b), (c), (d)通过扫描透射显微镜直接测量了高应变二维MoS2的晶格以及作为对比样品的无应变MoS2的晶格大小。
近日，华中科技大学材料科学与工程学院、材料成型与模具技术国家重点实验室的翟天佑教授团队报道了一种硫族元素替换的方法，实现了二维MoS2中均匀高应变的的可控调节。以具有相同晶体结构的二维二碲化钼为基础，通过其与硫化氢气体之间的硫碲元素替换，可控地转换成具有均匀高应变的二维二硫化钼。所述二维二硫化钼在新型光电子器件以及催化领域具有巨大的应用前景，而施加应变能在很大程度上调节其物理化学性质。所述方法在二维二硫化钼产生的应变能高达10%，且可通过反应温度连续地调节应变大小至1.3%。所述方法简单且易于实现大规模制备。该应变方法可拓展到其它二维过渡金属硫族化合物上，在利用应变调制二维二硫化钼性能方面具有较大的应用前景。
