文章轉載自：材料人

薄膜體系經常會發生褶皺并與基底分離。尤其是硬基底上的薄膜褶皺現象, 已在過去數十年間被廣泛研究。然而，現有研究主要集中在各種褶皺的靜態和終態的形貌。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傳播一直是巨大的挑戰。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，因而觸發網絡狀褶皺的形成。這種局域觸發褶皺的方式便于原位觀察褶皺的動態傳播過程。實驗發現，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，在節點處會繼續分叉成兩個褶皺前端，分叉后的節點并沒有立即釘扎，而是隨著前端的移動，會繼續移動一小段距離，這個現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了褶皺形成與傳播的動態過程，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。本文系統報道了通過探針觸發MoS₂薄膜產生褶皺的動態過程，以及褶皺在漫反射涂層以及微流通道方面的應用，為開發基于褶皺工程的半導體器件提供了參考。

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