文章轉載自：材料人

薄膜體系經常會發(fā)生褶皺并與基底分離。尤其是硬基底上的薄膜褶皺現(xiàn)象, 已在過去數(shù)十年間被廣泛研究。然而，現(xiàn)有研究主要集中在各種褶皺的靜態(tài)和終態(tài)的形貌。由于在原位實驗觀察和動力學模擬時存在較大的困難，研究各種褶皺尤其是復雜的網絡狀褶皺的動態(tài)傳播一直是巨大的挑戰(zhàn)。近年來，二維材料受到越來越多的關注。由于其自身表面無懸掛鍵，與基底之間以范德瓦爾斯作用為主，界面作用力較小，因而易于起皺，成為研究褶皺現(xiàn)象的理想材料。我們采用聚合物輔助沉積方法制備出厚度可調的MoS₂薄膜，通過微米尺度的探針局域觸發(fā)薄膜形成褶皺，結合原位觀察和有限元模擬來研究和理解網絡狀褶皺的動態(tài)傳播過程及影響因素。

近日，清華大學材料學院劉鍇課題組與西安交通大學張磊課題組、清華大學航天航空學院李曉雁課題組合作，通過聚合物輔助沉積方法制備了厚度可調的MoS₂薄膜。這種薄膜在生長出來之后是平整的，但受到基底的壓應力作用。用微米尺度的探針接觸薄膜并施加一定大小的力，可對平整的薄膜造成局域微小的擾動，因而觸發(fā)網絡狀褶皺的形成。這種局域觸發(fā)褶皺的方式便于原位觀察褶皺的動態(tài)傳播過程。實驗發(fā)現(xiàn)，褶皺以蜿蜒的方式傳播，而不是直線傳播，其傳播是各向同性的。在褶皺產生的起始階段，褶皺沿著若干個電話線的方向傳播，每個褶皺前端在傳播一段距離后，在節(jié)點處會繼續(xù)分叉成兩個褶皺前端，分叉后的節(jié)點并沒有立即釘扎，而是隨著前端的移動，會繼續(xù)移動一小段距離，這個現(xiàn)象有別于以前的報道?？傮w上來講，大一些的褶皺前端會繼續(xù)沿著不同的方向傳播，而小一些的會在靠近鄰近的褶皺時停止，從而形成網絡狀結構。褶皺會快速傳播至整個視野，乃至整個樣品表面。進一步采用有限元模擬方法再現(xiàn)了褶皺形成與傳播的動態(tài)過程，研究了褶皺圖案及褶皺三維結構與薄膜厚度的相關性，模擬結果與實驗結果表現(xiàn)出高度的一致性。這種基于二維材料的褶皺結構在漫反射涂層、微流通道和析氫催化電等方面展現(xiàn)出潛在的應用前景。這項研究成果以 “Watching Dynamic Self-Assembly of Web Buckles in Strained MoS₂ Thin Films” 為題發(fā)表在學術期刊ACS Nano上。論文作者是清華大學、西安交通大學博士研究生任紅濤、熊紫辛和王恩澤。

本文研究了MoS₂褶皺的動態(tài)傳播，而且通過有限元模擬探討了褶皺的形成機理以及運動學過程。本文系統(tǒng)報道了通過探針觸發(fā)MoS₂薄膜產生褶皺的動態(tài)過程，以及褶皺在漫反射涂層以及微流通道方面的應用，為開發(fā)基于褶皺工程的半導體器件提供了參考。

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