理大應用物理學系教授趙炯教授帶領的團隊，開發了一項創新方法，利用材料的連續斷裂扭曲雙層結構，透過扭轉工程，令二維材料的強度和韌性兼得。
團隊利用基於原位掃描透射電子顯微鏡觀察，發現二維材料的獨特「裂紋自癒合」機制，成果已得到納米壓痕及理論分析驗證。
工程材料的強度和韌性往往不可兼得，這種情況令材料的設計和選擇備受考驗。為此，香港理工大學（理大）應用物理學系研究團隊開發了一項創新方法，只須扭轉二維材料的雙層結構，便可在不影響材料固有強度下增加韌性，有利設計出強韌兼備的新型二維材料，未來更有望廣泛應用於光子和電子器件上。研究結果已於國際期刊《自然材料》刊登。
二維材料具高強度但易碎的特性，而斷裂通常是不可逆轉的。因此，二維材料在須承受重複變形裝置的應用有限，例如高功率裝置、柔性電子產品及穿戴式裝置等。若要增強材料的韌性，一般會透過引入缺陷，例如空位與晶界來達到目的，但此舉會降低材料固有的電氣性能，令機械耐用度和電子效能不可兼得。因此，如何同時提高材料的強度及韌性是工程界的一大挑戰。
為了突破這些限制，理大應用物理學系教授趙炯教授帶領的團隊開發了一項創新方法，利用材料的連續斷裂扭曲雙層結構，開創性地透過扭轉工程，令二維材料的強度和韌性兼得，成果已獲納米壓痕及理論分析的驗證。
過渡金屬二硫屬化物（TMD）是具有獨特電子、光學及機械性能的二維材料，獲廣泛應用於電子及光電子、能量儲存及轉換、感測器及生物醫學裝置、量子技術、機械及摩擦學等領域。因此，團隊聚焦研究TMD，如二硫化鉬（MoS₂）及二硫化鎢（WS₂）等，結果發現扭轉二維材料雙層結構的嶄新斷裂機制。
透過原位透射電子顯微鏡觀察，團隊發現二維材料的扭曲雙層結構中，當裂縫擴展時，上層與下層之間的晶格錯配，會形成互鎖的裂紋路徑。初次斷裂後，兩層的裂紋邊緣會自動組合，形成穩定的晶界結構。這種獨特的「裂紋自癒合」機制可保護後續的斷裂免受應力集中的影響，從而有效地抑制裂紋進一步擴展。與傳統斷裂情況相比，這一過程會消耗額外的能量，但可透過調整材料的扭曲結構和角度，達到不同的韌性增強程度。
趙炯教授表示：「研究突破了傳統斷裂力學理論的框架，首次展示了二維材料的自主損傷抑制機制，為設計和集成強韌的新型二維材料帶來突破性的創新方法。研究將扭電子學的應用擴展至設計材料的強度等機械特性，為電子和光子器件的設計帶來新思路。隨着二維扭曲材料製造技術日益成熟，新一代智能材料將兼具卓越的機械性能和獨特的電氣特性，為柔性電子、能源轉換、量子科技與仿生傳感等領域的技術創新開拓廣闊前景。」
