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二維材料是目前材料研究的重要前沿方向。除石墨烯以外，人們發(fā)現(xiàn)不少化合物也可以形成二維結(jié)構(gòu)，其中硫化鉬（MoS2）因其在儲(chǔ)能、傳感、光電及多相催化等方面具應(yīng)用潛力，是近年來(lái)受到重視的二元體系之一。由于二維材料的理化性質(zhì)對(duì)晶體結(jié)構(gòu)、形貌乃至邊緣原子的排列都非常敏感，因此在原子尺度上觀察二維結(jié)構(gòu)的形成具有重要的意義。
香港理工大學(xué)費(fèi)林峰等首次采用基于MEMS技術(shù)的加熱樣品臺(tái)和原位高分辨透射電鏡（in-situ TEM）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)硫化鉬納米片的成核和生長(zhǎng)過(guò)程的原子尺度實(shí)時(shí)觀察。相關(guān)結(jié)果表明，由固態(tài)前驅(qū)物分解結(jié)晶形成硫化鉬納米片的過(guò)程可分為兩步。首先在低溫階段，固態(tài)前驅(qū)物熱分解并形成垂直取向的硫化鉬團(tuán)簇結(jié)構(gòu)。該團(tuán)簇通過(guò)逐層生長(zhǎng)（layer-by-layer growth）增大體積并轉(zhuǎn)換為水平取向硫化鉬。這一垂直-水平轉(zhuǎn)換過(guò)程是由硫化鉬團(tuán)簇的表面能和硫化鉬/襯底的界面能在晶粒生長(zhǎng)過(guò)程中的相互競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系以及硫化鉬面內(nèi)缺陷的修復(fù)協(xié)同作用而導(dǎo)致的。接著在高溫階段，硫化鉬納米晶通過(guò)多種生長(zhǎng)路徑（包括Ostwald熟化和取向搭接）進(jìn)行水平方向的生長(zhǎng)，并最終形成六方形納米片。通過(guò)高分辨像等手段，生長(zhǎng)過(guò)程中結(jié)構(gòu)的變化直觀、清晰。這一成果不僅為探索硫化鉬二維原子晶體的新奇物性及應(yīng)用研究奠定了基礎(chǔ)，而且為進(jìn)一步研究其他新興的二維材料的生長(zhǎng)過(guò)程提供了一個(gè)可行的辦法。
相關(guān)研究以“Direct TEM observations on growth mechanisms of two-dimensional MoS2 flakes”為題發(fā)表7月14日上線(xiàn)的Nature Communications上（DOI: 10.1038/ncomms12206）。論文主要由南昌大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王雨教授與香港理工大學(xué)應(yīng)用物理系柴揚(yáng)教授兩個(gè)課題組合作完成，研究工作得到國(guó)家基金委、香港研究資助局(RGC)等項(xiàng)目資助。
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