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當前，柔性電子領域蓬勃發展，推動著社會的信息化和智能化進程。作為柔性電子器件的核心，半導體材料期望具有良好的電學性能與優異的可加工和變形能力。然而，現有的無機半導體盡管電學性能優異，但通常具有本征脆性，其機械加工和變形能力較差；而有機半導體雖具有良好的變形能力，但電學性能普遍低于無機材料。開發兼具良好電學和力學性能的新型半導體有望推動柔性電子的迅速發展。

對二維材料而言，單層或薄層樣品很容易發生彈性變形，表現出一定的柔性；然而，當厚度增大時，二維材料通常因其較弱的層間作用力極易發生解理，因此塊體形態下的變形能力很差。

圖1. InSe單晶塊體的超常塑性。（A）晶體結構；（B-D）樣品可折疊或彎曲成“紙飛機”、莫比烏斯環、螺旋圈等各種形狀而不破裂；（E）沿c軸與（F）垂直c軸方向壓縮的應力-應變曲線及壓縮前后樣品照片。

該研究發現，不同于多晶形態下的脆性行為，InSe單晶二維材料在塊體形態下可以彎折、扭曲而不破碎，甚至能夠折成“紙飛機”、彎成莫比烏斯環，表現出罕見的大變形能力。非標力學試驗結果進一步證實了材料的超常塑性，其壓縮工程應變可達80%，特定方向的彎曲和拉伸工程應變也高于10%。

圖2 InSe塑性變形機制與機理。（A）刃位錯的反傅里葉變換掃描透射暗場像（IFT-DF-STEM）；（B-C）掃描電鏡（SEM）下原位壓縮實驗，揭示了層間滑動與跨層滑移；（D）常見六方結構二維材料的面內楊氏模量；（E）滑移能與解理能；（F）差分電荷密度與（G）晶體軌道哈密頓分布密度（COHP），間接佐證了層間長程作用力的存在。

相關成果以“Exceptional plasticity in the bulk single crystalline van der Waals semiconductor InSe”為題發表在《科學》（Science）上。該工作的通訊單位和第一作者單位為上海交通大學，微觀力學測試與表征部分是由西安交大完成：材料學院單智偉教授團隊的王悅存副教授為該工作的共同第一作者，單智偉教授為作者之一。史迅教授/研究員、Jian He教授、陳立東研究員為本文通訊作者；上海交大魏天然助理教授、上海電機學院金敏教授為共同第一作者。該工作得到了國家自然科學基金和國家重點研發計劃等項目的支持。

論文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/369/6503/542