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课题组在二维材料结构相变及超弹性、形状记忆效应领域取得新进展(Nanoscale)


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2020-05-12

   智能驱动材料是一种可以将其他种类的能源转化为机械运动的材料,这类材料在微型电子器件的应用方面至关重要,受到了广泛关注。然而,传统的智能驱动材料其应变输在纳米尺度上出往往性能较差。如何开发具有优异应变输出的材料成为一项重要的研究课题。Peierls畸变效应描述了准一维金属材料中自发的周期性晶格畸变。这种效应广泛的存在于各类材料中,如过渡族金属硫族化合物(TMDs)中表现为1T相自发相变为1T’相,往往引发较大的晶格常数变化。由于其本质是电子-声子之间的耦合。因此,通过控制材料电荷可以有效调节Peierls畸变从而获得较大的电致应变输出。

 

 

   近日,材料学院强度室的邓俊楷副教授同澳大利亚墨尔本大学Zhe Liu副教授合作,通过第一性原理计算研究发现,电子或空穴注入是一种调节MoS2Pierels畸变的有效手段,通过空穴的注入可以实现1T’1T相之间的可自发恢复相变。该过程的应变输出高达~5.8%。在空穴调控相变的过程中,研究发现了一种介于1T’1T相之间的过渡相,命名为1Tt。该相同时具有1T’1T的电子结构特征,是1T’1TPierels畸变竞争机制导致的。由于该过渡相的出现使得空穴调控的1T’-1T相变过程出现了明显的滞后现象。同时,MoS2在注入空穴条件下的超弹性曲线能够出现两个应力平台,分别为对应1T-1Tt相变和1Tt’-1T’相变。利用这一现象,我们可以实现MoS2这类过渡金属硫族化合物的多步形状效应(Multi shape memory effect)。本研究中提出的通过电荷注入调节Pierels畸变是一种开发优异驱动材料的新方法。

 

   本项研究成果最近以“Charge doping induced reversible multistep structural phase transitions and electromechanical actuation in two-dimensional 1T’-MoS2”为题发表在国际著名期刊NanoscaleIF= 6.970)上。西安交通大学为本论文的第一作者和第一通讯单位,论文第一作者陈凯运是材料学院邓俊楷副教授和理学院杨森教授合作培养的博士生。本项研究得到了国家自然科学基金面上项目、港澳与海外学者合作研究基金项目、创新引智111计划2.0项目以及中央高校基本科研业务费的资助。研究工作主要在校级高算平台上完成。

 

   论文链接: https://doi.org/10.1039/D0NR02049D