二维结构范德华半导体InSe在单晶块体形态下，具有超常规的塑性和巨大的变形能力。既拥有传统无机非金属半导体的优异物理性能，又能像金属一样进行塑性变形和机械加工，在柔性和可变形热电能量转换，在光电传感等领域有着广阔的应用前景。
近日，西安交通大学材料学院单智伟教授团队与上海交通大学、中国科学院上海硅酸盐研究所等单位合作，在无机塑性半导体领域取得重大突破。相关成果以“ExceptionalplasticityinthebulksinglecrystallinevanderWaalssemiconductorInSe”为题发表在《科学》（Science）上。
研究背景
当前，柔性电子领域蓬勃发展，推动着社会的信息化和智能化进程。作为柔性电子器件的核心，半导体材料期望具有良好的电学性能与优异的可加工和变形能力。然而，现有的无机半导体尽管电学性能优异，但通常具有本征脆性，其机械加工和变形能力较差；而有机半导体虽具有良好的变形能力，但电学性能普遍低于无机材料。开发兼具良好电学和力学性能的新型半导体有望推动柔性电子的迅速发展。
InSe单晶二维材料
对二维材料而言，单层或薄层样品很容易发生弹性变形，表现出一定的柔性；然而，当厚度增大时，二维材料通常因其较弱的层间作用力极易发生解理，因此块体形态下的变形能力很差。
图1.InSe单晶块体的超常塑性。（A）晶体结构；（B-D）样品可折叠或弯曲成“纸飞机”、莫比乌斯环、螺旋圈等各种形状而不破裂；（E）沿c轴与（F）垂直c轴方向压缩的应力-应变曲线及压缩前后样品照片。
研究发现，不同于多晶形态下的脆性行为，InSe单晶二维材料在块体形态下可以弯折、扭曲而不破碎，甚至能够折成“纸飞机”、弯成莫比乌斯环，表现出罕见的大变形能力。非标力学试验结果进一步证实了材料的超常塑性，其压缩工程应变可达80%，特定方向的弯曲和拉伸工程应变也高于10%。
图2.InSe塑性变形机制与机理。（A）刃位错的反傅里叶变换扫描透射暗场像（IFT-DF-STEM）；（B-C）扫描电镜（SEM）下原位压缩实验，揭示了层间滑动与跨层滑移；（D）常见六方结构二维材料的面内杨氏模量；（E）滑移能与解理能；（F）差分电荷密度与（G）晶体轨道哈密顿分布密度（COHP），间接佐证了层间长程作用力的存在。
该工作的微观力学测试与表征部分是由西安交大完成：材料学院单智伟教授团队的王悦存副教授为该工作的共同第一作者，单智伟教授为作者之一。史迅教授/研究员、JianHe教授、陈立东研究员为本文通讯作者；上海交大魏天然助理教授、上海电机学院金敏教授为共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的支持。
单智伟，主要研究领域为多场耦合条件下微纳尺度材料的结构与性能，主要集中于应用和发展定量的原位电镜变形技术（压痕/压缩/弯曲/拉伸/疲劳+电/热/气氛等）对目前材料研究中的一些焦点问题进行探索。同时致力于通过政产学研用的通力协作，打造具备先进技术和高附加值的陕西镁业精品产业链。年开始与西安交通大学开展合作，年正式加入西安交通大学。国家杰出青年基金获得者，百千万人才工程入选者，亚太材料科学院院士。现任西安交通大学材料科学与工程学院院长。相关研究成果荣获国家自然科学二等奖、陕西省科学技术奖一等奖、国家级教学成果二等奖，陕西省高等教育教学成果特等奖、美国TMS学会轻金属分会基础研究最佳论文奖、中国百篇最具影响国际学术论文、中国高等学校十大科技进展。
王悦存，研究方向:微纳尺度半导体材料力学性能研究；基于原位透射电镜技术的金属表面增强与防护机理研究；金属镁及其合金的腐蚀与防护研究。西安交通大学材料科学与工程学院博士研究生，西安交通大学材料科学与工程学院副教授。
素材来源：西安交通大学官微