我们对二维材料的力学了解多少

来自麦吉尔大学、伊利诺伊大学和中国科学技术大学的科学家在国际极端制造杂志上发表文章，通过讨论各种关键力学性能，全面回顾了二维材料力学领域的最新发现，包括弹性性能、面内失效、疲劳、界面剪切/摩擦和粘附。重点关注四个主要方面：机械性能的最新发现、新颖的变形机制、表征技术和计算进步。

领导团队 PI 曹昌宏教授评论说：“通过回顾控制二维材料力学的内在和外在因素，我们希望社区可以为二维材料系统的结构和界面工程制定设计策略，以实现新的应用”。

虽然最近在通过文章中回顾的各种技术对二维材料的力学性能进行实验研究方面做出了大量努力，但目前对石墨烯以外的二维材料力学的研究仍处于初级阶段，特别是对于新兴的二维材料，如作为金属有机框架(MOF)和共价有机框架(COF)。

第一作者王国瑞教授说，“除了COFs和MOFs，我们还发现，虽然一些过渡金属二硫化物(TMDs)，如MoS 2、WS 2、MoSe 2和WSe 2，已经被广泛研究，很少对其他 TMD(例如 VS 2、MoTe 2、TaSe 2等)以及表现出独特化学、电子和磁性能的 TMD 合金进行机械研究”。

此外，虽然可以通过手动或自组装技术以垂直或横向方式设计和构建 2D 异质结构，但是，关于 2D 异质结构的机械行为的信息还很缺乏。

共同第一作者、麦吉尔大学博士生侯宏宇补充说：“目前，大多数二维材料的力学研究都集中在静态或准静态性能上，而响应循环加载或冲击加载的动态行为主要是未探索”。

此外，超薄系统的处理和实验测试中的实际挑战加强了精确计算方法的价值，以筛选二维材料的巨大机械性能空间。

计算力学专家、文章的共同主要作者 Matthew Daly 教授评论说：“关于二维材料的计算力学研究，也有许多进步和未来的机会。例如，虽然 DFT 模拟提供了使用第一性原理方法研究这些系统力学的途径，但高计算成本和模拟大小的限制限制了该方法在复杂二维系统(例如多层和异质结构)中的应用。

“基于 MD 的模拟极大地增加了可访问的长度尺度，但在二维材料的原子间势的有限可用性方面提出了自己的挑战。机器学习提供了一个新的机会来为二维系统创造原子间势能，而无需在每个感兴趣的系统中发展深厚的领域专业知识。此外，功能特性的应变工程是二维材料研究中不可避免的下一步。尽管在应变工程主题方面取得了一些早期进展，但仍然存在不小的挑战。”

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