2D材料具有与聚合物材料相媲美的优异机械性能和3D晶体材料近似的电性能，在未来柔性电子器件应用中占有重要地位。精确测量和掌握2D材料的模量等物性对于其后续应用开发非常重要。虽然现有的光电探测技术在原子级超薄膜物性的检测中得到成功应用，但是基于传统的机械测试法在该方面仍存在极大局限性。同时，多数测试技术需要制备自支撑的2D膜材料，从而使得整个测试过程繁琐且昂贵。
近日，西班牙马德里材料科学研究所（ICMM）Andres Castellanos-Gomez博士成功将Stafford等提出的表面起皱技术运用到过渡性金属双硫属化合物（TMDC）如MoS2、MoSe2、WS2等2D材料的杨氏模量测定中。该表面起皱模量测试技术能够简便实现2层~10层厚度2D硫化物材料杨氏模量的精确测定。这种方法的测量精度与传统的纳米压痕法、原子力显微镜（AFM）法等高度精确测试技术相当，但更加简便、快捷，成本也更低。
MoS2模量测试示意图。图片来源：Adv. Mater.
研究团队采用胶带机械剥离TMDC晶体制备2D膜材料，然后将所制备2D膜材料转移至单轴预拉伸（≈ 20%）的柔性PDMS基底上构筑软硬复合双层膜体系（MoS2/PDMS），通过释放预拉伸在2D材料表面形成规整皱纹形貌。通过改变PDMS基底表面所沉积MoS2的层数（厚度），体系表面呈现不同周期正弦状皱纹形貌。基于软硬复合双层膜体系表面皱纹形貌的皱纹周期（λ）与2D材料杨氏模量之间的定量函数关系，可简便计算出2D材料的杨氏模量。
基于MoS2片层厚度调控表面皱纹形貌。图片来源：Adv. Mater.
数据统计表明MoS2/PDMS体系表面皱纹周期与MoS2膜厚呈现良好的线性关系；根据皱纹周期与表层膜模量的函数公式（λ~Ef）计算所得不同层数MoS2膜其杨氏模量值与文献报道数值相当。与纳米压痕、AFM测试技术相比，该测试方法不同层数材料模量测试精度波动更小。
MoS2模量测定值与文献数值比较。图片来源：Adv. Mater.
总结
表面起皱技术作为一种简便、新颖的材料物性表征手段，自出现以来，在测定超薄膜模量、薄膜内残余应力、多层复合膜体系物性等诸多方面得到广泛应用。该论文基于表面起皱技术简便实现2D材料的模量表征，进一步拓展了该物性表征技术的应用范围，同时也通过对比再次验证了表面起皱技术在材料物性表征方面的高精确性。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Revisiting the Buckling Metrology Method to Determine the Young's Modulus of 2D Materials
Adv. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adma.201807150
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