工程材料的强度和韧性往往不可兼得，这种情况令材料的设计和选择备受考验。为此，香港理工大学（理大）研究团队开发了一项创新方法，只须扭转二维材料的双层结构，便可在不影响材料固有强度下增加韧性。
过渡金属二硫属化物（TMD）是具有独特电子、光学及机械性能的二维材料。二维材料具高强度但易碎的特性，而断裂通常是不可逆转的。如何同时提高材料的强度及韧性是工程界的一大挑战。
为了突破这些限制，理大应用物理学系教授、先进制造研究院成员赵炯教授带领的团队开发了一项创新方法，利用材料的连续断裂扭曲双层结构，开创性地透过扭转工程，令二维材料的强度和韧性兼得。团队聚焦研究TMD，如二硫化钼（MoS₂）及二硫化钨（WS₂）等，结果发现扭转二维材料双层结构的崭新断裂机制。成果已获纳米压痕及理论分析的验证。
透过原位透射电子显微镜观察，团队发现二维材料的扭曲双层结构中，当裂缝扩展时，上层与下层之间的晶格错配，会形成互锁的裂纹路径。初次断裂后，两层的裂纹边缘会自动组合，形成稳定的晶界结构。这种独特的「裂纹自愈合」机制可保护后续的断裂免受应力集中的影响，从而有效地抑制裂纹进一步扩展。与传统断裂情况相比，这一过程会消耗额外的能量，但可透过调整材料的扭曲结构和角度，达到不同的韧性增强程度。
此项发现有利设计出强韧兼备的新型二维材料，未来更有望广泛应用于光子和电子器件上。研究结果已于国际期刊《自然材料》刊登。
网上报导：
Mirage News – https://polyu.me/4kBNFhX（只供英文）
点新闻 – https://polyu.me/4lYAysf
| 研究部门 | 先进制造研究院 |
|---|
