原子力显微镜在二维材料力学性能测试中的应用综述1)

高扬

(浙江大学工程力学系,杭州 310027)

1 引言

1.1 二维材料及其力学表征

二维材料是指仅仅由单原子层构成的平面材料[1-3].石墨烯是最早被发现的二维材料,由英国曼彻斯特大学Geim 和Novoselov[4]在2004 年通过透明胶带机械剥离石墨所得到.另外值得注意的是,同年美国佐治亚理工学院的de Heer[5]也通过碳化硅表面外延生长的方式得到了单层石墨结构并进行了细致的表征.但是“石墨烯”的概念却是由Geim 首先提出的,Geim 和Novoselov 也在2010 年获得了诺贝尔物理学奖.二维材料之所以受到极大的关注,一方面是长久以来统计力学中“非零温情况下不存在理想的二维晶体”这个大家认可的共识被石墨烯打破;另一方面,以石墨烯为代表的二维材料本身也展现出了迥异于其对应的块体材料的优异性质[2-9].例如石墨烯的迁移率高达104cm2/(V·s),电子在狄拉克点附近呈现线性色散关系,同时在石墨烯中观测到了半整数量子霍尔效应,这些都是石墨所不具备的新颖物理现象[4,8-9].除了石墨烯,以二硫化钼MoS2为代表的二维过渡金属硫族化合物(TMDC)由于天然的空间反演对称性破缺,与石墨烯零带隙的结构不同,单层时直接带隙大小普遍在1 ∼2 eV 之间[10-11].以单层MoS2为原材料制备得到的二维场效应晶体管的开关比在常温时高达108,达到甚至超过了传统硅基逻辑芯片的标准,被认为是下一代集成电路芯片材料的有力候选[12].如果说石墨烯和二硫化钼分别代表了二维材料的第一和第二波热潮,那么以磷烯phosphorene(或者……