Conosciamo le crepe in oggetti tridimensionali grandi o piccoli (3D), ma come dimagrire, i materiali bidimensionali (2-D) si incrinano? materiali 2-D come il bisolfuro di molibdeno (MoS2), sono emersi come una risorsa importante per i futuri dispositivi elettronici e fotoelettrici. Però, le proprietà meccaniche dei materiali 2-D dovrebbero differire notevolmente dai materiali 3-D. Gli scienziati dell'Institute for Basic Science (IBS) hanno pubblicato la prima osservazione del cracking 2-D di MoS2 a livello atomico in Comunicazioni sulla natura . Questo studio dovrebbe contribuire alle applicazioni di nuovi materiali 2-D.

Quando una certa forza viene applicata a un materiale, si forma una crepa. Meno ovvio è come spiegare e prevedere la forma e la gravità di una crepa da un punto di vista fisico. Gli scienziati vogliono indagare su quali fratture possono espandersi e quali no. I materiali sono descritti come duttili o fragili:materiali duttili, come l'oro, resistere a grandi sollecitazioni prima di rompersi; materiali fragili, come il vetro, può assorbire relativamente poca energia senza allungamento e deformazione prima di rompersi improvvisamente. A livello nanometrico, gli atomi si muovono più liberamente nei materiali duttili che nei materiali fragili; quindi in presenza di una forza di trazione (sollecitazione a trazione) possono fuoriuscire dalla struttura cristallina ordinata; in termini tecnici, si dislocano. Finora, questa spiegazione (il modello Griffith) è stata applicata a fenomeni di fessurazione in massa, ma mancano dati sperimentali su scala atomica o nanometrica.

In questo studio, Gli scienziati dell'IBS hanno osservato come le crepe si propagano nel MoS2 2-D dopo che un poro si è formato spontaneamente o con un fascio di elettroni. "Il punto più difficile {degli esperimenti} è stato utilizzare il fascio di elettroni per creare il poro senza generare altri difetti o rompere il campione, " spiega Thuc Hue Ly, primo autore di questo studio. "Quindi dovevamo essere veloci e utilizzare una quantità minima di energia".

Le osservazioni atomiche sono state effettuate utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione in tempo reale. Sorprendentemente, anche se MoS2 è un materiale fragile, il team ha visto dislocazioni atomiche da tre a cinque nanometri (nm) di distanza dalla linea anteriore della fessura, o punta di crack. Questa osservazione non può essere spiegata con il modello Griffith.

Al fine di creare condizioni che rappresentino l'ambiente naturale, il campione è stato esposto alla luce ultravioletta (UV). Ciò ha causato l'ossidazione del MoS2; le dislocazioni degli atomi si sono verificate più rapidamente e la regione allungata si è espansa da 5 a 10 nm dalla punta della fessura.

"Lo studio mostra che la fessurazione nei materiali 2-D è fondamentalmente diversa dalla fessurazione nei materiali duttili e fragili 3-D. Questi risultati non possono essere spiegati con la teoria convenzionale del fallimento dei materiali, e suggeriamo che è necessaria una nuova teoria, " ha spiegato il professor LEE Young Hee (CINAP).