Vi är bekanta med sprickor i stora eller små tredimensionella (3-D) föremål, men hur tunna, tvådimensionella (2-D) material spricka? 2-D-material som molybdendisulfid (MoS2), har framstått som en viktig tillgång för framtida elektroniska och fotoelektriska enheter. Dock, de mekaniska egenskaperna hos 2-D-material förväntas skilja sig mycket från 3D-material. Forskare vid Institute for Basic Science (IBS) har publicerat den första observationen av 2-D MoS2-sprickbildning på atomnivå i Naturkommunikation . Denna studie förväntas bidra till tillämpningen av nya 2-D-material.

När en viss kraft appliceras på ett material, en spricka bildas. Mindre uppenbart är hur man förklarar och förutsäger formen och allvaret hos en spricka ur fysikalisk synvinkel. Forskare vill undersöka vilka frakturer som sannolikt kommer att expandera och vilka som inte är det. Material beskrivs som segbara eller spröda:Duktila material, som guld, motstå stora påfrestningar innan de brister; spröda material, som glas, kan absorbera relativt lite energi utan förlängning och deformation innan det plötsligt bryts. På nanonivå, atomer rör sig mer fritt i segbara material än i spröda material; så i närvaro av en dragkraft (dragspänning) kan de gå ur position från den ordnade kristallstrukturen; rent tekniskt, de förflyttas. Än så länge, denna förklaring (Griffith -modellen) har tillämpats på sprickfenomen i bulk, men den saknar experimentella data i atom- eller nanoskala.

I den här studien, IBS-forskare observerade hur sprickor sprider sig i 2-D MoS2 efter att en por bildades antingen spontant eller med en elektronstråle. "Den svåraste punkten {med experimenten} var att använda elektronstrålen för att skapa poren utan att generera andra defekter eller bryta provet, "förklarar Thuc Hue Ly, första författare till denna studie. "Så vi var tvungna att vara snabba och använda en minimal mängd energi."

Atomobservationerna gjordes med realtidsöverföringselektronmikroskopi. Förvånande, även om MoS2 är ett sprött material, laget såg atomförskjutningar tre till fem nanometer (nm) bort från sprickans främre linje, eller sprickspets. Denna observation kan inte förklaras med Griffith -modellen.

För att skapa förutsättningar som representerar den naturliga miljön, provet exponerades för ultraviolett (UV) ljus. Detta fick MoS2 att oxidera; atomförskjutningar skedde snabbare och det sträckta området expanderade till fem till 10 nm från sprickspetsen.

"Studien visar att sprickbildning i 2-D-material är fundamentalt annorlunda än sprickbildning i 3D-duktila och spröda material. Dessa resultat kan inte förklaras med den konventionella materialfelsteorin, och vi föreslår att en ny teori behövs, "förklarade professor LEE Young Hee (CINAP).