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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，人們發現不少化合物也可以形成二維結構，其中硫化鉬（MoS2）因其在儲能、傳感、光電及多相催化等方面具應用潛力，是近年來受到重視的二元體系之一。由于二維材料的理化性質對晶體結構、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構的形成具有重要的意義。
香港理工大學費林峰等首次采用基于MEMS技術的加熱樣品臺和原位高分辨透射電鏡（in-situ TEM）技術，實現了對硫化鉬納米片的成核和生長過程的原子尺度實時觀察。相關結果表明，由固態前驅物分解結晶形成硫化鉬納米片的過程可分為兩步。首先在低溫階段，固態前驅物熱分解并形成垂直取向的硫化鉬團簇結構。該團簇通過逐層生長（layer-by-layer growth）增大體積并轉換為水平取向硫化鉬。這一垂直-水平轉換過程是由硫化鉬團簇的表面能和硫化鉬/襯底的界面能在晶粒生長過程中的相互競爭關系以及硫化鉬面內缺陷的修復協同作用而導致的。接著在高溫階段，硫化鉬納米晶通過多種生長路徑（包括Ostwald熟化和取向搭接）進行水平方向的生長，并最終形成六方形納米片。通過高分辨像等手段，生長過程中結構的變化直觀、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用研究奠定了基礎，而且為進一步研究其他新興的二維材料的生長過程提供了一個可行的辦法。
相關研究以“Direct TEM observations on growth mechanisms of two-dimensional MoS2 flakes”為題發表7月14日上線的Nature Communications上（DOI: 10.1038/ncomms12206）。論文主要由南昌大學材料科學與工程學院王雨教授與香港理工大學應用物理系柴揚教授兩個課題組合作完成，研究工作得到國家基金委、香港研究資助局(RGC)等項目資助。
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