二维材料 单轴应变.pdfVIP

二维材料是指具有纳米尺度厚度的材料，如石墨烯、过渡金属

二硫化物等。由于其独特的结构和性质，在纳米电子学、光电器件

等领域有广泛应用。本文将介绍二维材料在单轴应变下的性质和应

用。

一、二维材料的基本性质

二维材料的厚度仅为几个纳米到几十个纳米，而在另外两个方

向上的尺寸可以达到数百毫米。这种长宽比例很大的结构使得二维

材料具有许多独特的物理和化学性质。例如，二维材料的表面积非

常大，使其在化学反应中具有更高的活性。另外，二维材料的晶格

结构和电子结构也与体材料有着显著不同。

二、单轴应变对二维材料的影响

当外力作用于二维材料时，它们会发生形变，其中单轴应变是

最常见的一种。单轴应变是指在一个方向上施加压力或拉力，从而

导致该方向上的长度改变。实验表明，单轴应变可以改变二维材料

的电子结构、力学性质和光学性质。

1.电子结构

在单轴应变下，二维材料的晶格结构会发生变化，从而影响其

电子结构。例如，在石墨烯上施加单轴应变时，它的能带结构会发

生变化，导致载流子的迁移率发生变化。此外，单轴应变还可以改

变二维材料的磁性和拓扑性质。

2.力学性质

单轴应变也会改变二维材料的力学性质。例如，施加单轴应变

会使石墨烯的弹性模量发生变化，并且可以引起石墨烯的屈曲。此

外，单轴应变还可以改变二维材料的塑性和断裂行为。

3.光学性质

施加单轴应变还可以改变二维材料的光学性质。例如，在MoS2

中施加单轴应变可以改变其吸收率和荧光发射率。这种现象被称为

应变调制。

三、单轴应变的应用

单轴应变可以用于改变二维材料的性质，从而拓宽其在纳米电

子学、光电器件等领域的应用。以下是几个例子：

1.纳米电子学

单轴应变可以改变二维材料的电阻率和载流子迁移率，从而可

以用于制备高性能晶体管。例如，在石墨烯晶体管中施加单轴应变

可以增加其迁移率，从而提高器件性能。

2.光电器件

单轴应变可以用于调制二维材料的吸收率和荧光发射率，从而

可以制备具有可调光学性质的器件。例如，在MoS2中施加单轴应

变可以制备出可调光纤放大器。

3.催化剂

单轴应变可以改变二维材料的化学反应活性，从而可以制备高

效的催化剂。例如，在石墨烯表面施加单轴应变可以增加其催化氧

化反应的活性。

四、结论

在单轴应变下，二维材料的电子结构、力学性质和光学性质都

会发生变化。这些变化可以用于制备高性能的纳米电子器件、光电

器件和催化剂。未来，单轴应变可能会成为制备高性能二维材料器

件的重要手段之一。