原子级薄层钨硫族化合物的机械性能：WS$_2$、WSe$_2$ 与 WTe$_2$
材料科学
2021-01-29 v1
摘要
二维（2D）二硫化钨（WS）、二硒化钨（WSe）和二碲化钨（WTe）因源自重钨和硫族原子的诱人特性而受到越来越多的关注，但其机械性能仍大多未知。在此，我们使用一套互补的实验和理论计算确定了单层、双层和三层（1-3L）WS、WSe 和 WTe 的固有及空气老化机械性能。高质量 1L WS 具有整个家族中最高的杨氏模量（302.4±24.1 GPa）和强度（47.0±8.6 GPa），超过 1L WSe（分别为 258.6±38.3 和 38.0±6.0 GPa）和 WTe（分别为 149.1±9.4 和 6.4±3.3 GPa）。然而，在这三种材料中，WS 的弹性和强度随厚度增加下降最为剧烈。我们通过有限元法（FEM）和包含范德华（vdW）相互作用的密度泛函理论（DFT）计算所揭示的平衡态下以及在平面应变和压痕过程中面外压缩条件下的层间滑动的不同趋势来解释该现象。我们还证明高质量 1-3L WS 和 WSe 的机械性能在空气中长达 20 周基本稳定。有趣的是，1-3L WSe 在空气中老化后模量和强度值增加。这归因于氧掺杂，其强化了结构。本研究将促进 2D 钨硫族化合物在应变工程和柔性场效应晶体管（FETs）等应用中的设计与使用。
引用
@article{arxiv.2101.11869,
title = {Mechanical Properties of Atomically Thin Tungsten Dichalcogenides: WS$_2$, WSe$_2$ and WTe$_2$},
author = {Alexey Falin and Matthew Holwill and Haifeng Lv and Wei Gan and Jun Cheng and Rui Zhang and Dong Qian and Matthew R. Barnett and Elton J. G. Santos and Konstantin S. Novoselov and Tao Tao and Xiaojun Wu and Lu Hua Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.11869},
year = {2021}
}