Representación esquemática de la propagación de grietas en 2-D MoS2 a nivel atómico. Las dislocaciones que se muestran con puntos rojos y púrpuras son visibles en la zona de la punta de la grieta. Las tensiones de tracción internas están representadas por flechas rojas. Crédito:IBS
Estamos familiarizados con las grietas en objetos tridimensionales (3-D) grandes o pequeños, pero como adelgazar los materiales bidimensionales (2-D) se agrietan? Materiales 2-D como disulfuro de molibdeno (MoS2), han surgido como un activo importante para los futuros dispositivos electrónicos y fotoeléctricos. Sin embargo, Se espera que las propiedades mecánicas de los materiales 2-D difieran mucho de las de los materiales 3-D. Los científicos del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) han publicado la primera observación de agrietamiento 2-D MoS2 a nivel atómico en Comunicaciones de la naturaleza . Se espera que este estudio contribuya a las aplicaciones de nuevos materiales 2-D.
Cuando se aplica cierta fuerza a un material, se forma una grieta. Menos obvio es cómo explicar y predecir la forma y la gravedad de una grieta desde el punto de vista de la física. Los científicos quieren investigar qué fracturas es probable que se expandan y cuáles no. Los materiales se describen como dúctiles o quebradizos:materiales dúctiles, como el oro, soportar grandes esfuerzos antes de romperse; materiales quebradizos, como el vidrio, Puede absorber relativamente poca energía sin alargamiento ni deformación antes de romperse repentinamente. A nivel nano, los átomos se mueven más libremente en materiales dúctiles que en materiales frágiles; por lo que en presencia de una fuerza de tracción (tensión de tracción) pueden salirse de la posición de la estructura cristalina ordenada; en términos técnicos, se dislocan. Hasta aquí, Esta explicación (el modelo de Griffith) se ha aplicado a los fenómenos de agrietamiento a granel, pero carece de datos experimentales a escala atómica o nanométrica.
En este estudio, Los científicos del IBS observaron cómo las grietas se propagan en 2-D MoS2 después de que se forma un poro, ya sea de forma espontánea o con un haz de electrones. "El punto más difícil {de los experimentos} fue utilizar el haz de electrones para crear el poro sin generar otros defectos o romper la muestra, "explica Thuc Hue Ly, primer autor de este estudio. "Así que teníamos que ser rápidos y usar una cantidad mínima de energía".
Imágenes de microscopía electrónica de transmisión de la grieta progresiva en una muestra de MoS2 monocapa después de 10, 25 y 40 segundos. La T indica la posición de las dislocaciones atómicas. Crédito:IBS
Las observaciones atómicas se realizaron mediante microscopía electrónica de transmisión en tiempo real. Asombrosamente, aunque MoS2 es un material frágil, el equipo vio dislocaciones de átomos de tres a cinco nanómetros (nm) de la línea frontal de la grieta, o punta de grieta. Esta observación no se puede explicar con el modelo de Griffith.
Con el fin de crear condiciones que representen el entorno natural, la muestra se expuso a luz ultravioleta (UV). Esto provocó que el MoS2 se oxidara; las dislocaciones del átomo ocurrieron más rápidamente y la región estirada se expandió de cinco a 10 nm desde la punta de la grieta.
"El estudio muestra que el agrietamiento en materiales 2-D es fundamentalmente diferente del agrietamiento en materiales dúctiles y frágiles 3-D. Estos resultados no se pueden explicar con la teoría convencional de fallas de materiales, y sugerimos que se necesita una nueva teoría, "explicó el profesor LEE Young Hee (CINAP).
