西北大學材料科學研究人員小組開發了一種新方法，可以查看原子薄2D材料中原子的動態運動。成像技術揭示了廣泛使用的2D材料性能失敗的根本原因，可以幫助研究人員為未來的可穿戴設備和柔性電子設備開發更穩定，更可靠的材料。

這些二維材料（例如石墨烯和硼苯）是一類單層晶體材料，具有作為先進超薄柔性電子設備中的半導體廣泛應用的潛力中國建材網cnprofit.com。然而，由于其薄的性質，這些材料對外部環境高度敏感，并且在電子設備中使用時，一直難以表現出長期的穩定性和可靠性。

麥考密克工程學院材料科學與工程教授亞伯拉罕·哈里斯（Abraham Harris）教授Vinayak Dravid表示：“原子薄的2D材料提供了大幅縮小電子設備的潛力，使其成為為未來的可穿戴和柔性電子設備供電的誘人選擇?！?/p>

這項名為“電場誘導的單層過渡金屬二硫屬元素化物中的結構動力學的直接可視化”的研究于2月11日發表在ACS Nano雜志上。Dravid是該論文的通訊作者。杰羅姆·科恩（Jerome B. Cohen）材料科學與工程教授克里斯·沃爾夫頓（Chris Wolverton）也為這項研究做出了貢獻。

“不幸的是，電子設備現在就像一種“黑匣子”。盡管可以測量器件的度量標準，但負責這些特性的材料中單個原子的運動仍是未知的，這極大地限制了提高性能的努力?！蔽鞅贝髮W原子與納米級表征（NUANCE）中心主任Dravid補充道。 。這項研究提供了一種方法，可以通過對接收電壓的2D材料中正在起作用的結構動力學的新理解來克服這一限制。

在先前研究人員使用納米級成像技術觀察由熱引起的2D材料失效的基礎上，該團隊使用了一種稱為電子顯微鏡的高分辨率原子級成像方法，以觀察二硫化鉬中原子的運動（ MoS2），一種經過廣泛研究的材料，最初用作油脂和摩擦材料中的干潤滑劑，最近因其電子和光學特性而引起人們的關注。

當研究人員在材料上施加電流時，他們觀察到其高度移動的硫原子連續移動到晶體材料的空白區域，這種現象被他們稱為“原子舞”。

這種運動反過來導致MoS2的晶界分離-在材料中的兩個微晶相遇的空間中產生的自然缺陷-分離開來，形成了狹窄的通道供電流流過。

Dravid研究小組的博士生，研究的主要作者Akshay Murthy說：“由于這些晶界分開，您只剩下幾個狹窄的通道，從而導致通過這些通道的電流密度增加?！?“這導致這些區域的功率密度和溫度升高，最終導致材料失效?！?/p>

Murthy繼續說：“能夠以這種方式準確看到正在發生的事情非常有力?！?“使用傳統技術，我們可以在樣品上施加電場并查看材料的變化，但是我們看不到是什么原因導致了這些變化。如果您不知道原因，則很難消除故障機制或防止發生故障。今后的行為?！?/p>

研究小組相信，通過這種在原子水平上研究2D材料的新方法，研究人員可以使用這種成像方法來合成不易受到電子設備故障影響的材料。例如，在存儲設備中，研究人員可以觀察存儲信息的區域如何隨著施加電流的變化而變化，并適應如何設計這些材料以獲得更好的性能。

該技術還可以幫助改善其他許多技術，從生物電子學中的晶體管到消費電子學中的發光二極管（LED）到包括太陽能電池板的光伏電池。

Murthy說：“我們相信，我們開發的用于監測2D材料在這些條件下的行為的方法學將有助于研究人員克服與設備穩定性相關的持續挑戰?！?“這一進步使我們更進一步地將這些技術從實驗室轉移到了市場?！?/p>