新的研究揭示了二维杂化材料的抗疲劳性能。这些材料以其低成本和高性能而闻名，在半导体领域有着长期的前景。然而，直到现在，它们在循环荷载条件下的耐久性仍然是一个谜。
在德克萨斯A&M大学材料科学与工程系教授涂青博士的带领下，这是第一次在实际应用中对半导体材料(称为二维混合有机-无机钙钛矿(HOIPs))的疲劳行为进行研究。
研究人员最近在《高级科学》杂志上发表了他们的研究结果。
这种新一代半导体在几乎整个半导体应用光谱中具有巨大的潜力，包括光伏、发光二极管和光传感器等。重复或波动应力低于材料强度的应用，称为疲劳载荷，经常导致二维混合材料失效。然而，尽管这些材料在各种应用中得到了广泛的应用，但它们的疲劳性能仍然难以捉摸。
研究小组演示了疲劳载荷条件，磨损不同的部件，将如何影响新材料的寿命和失效行为。他们的研究结果为设计和工程2D hoip和其他长期机械耐久性的有机-无机混合材料提供了不可或缺的见解。
“我们正专注于开发具有混合键合特性的新一代低成本、高性能半导体材料。这意味着在晶体结构中，你在分子水平上有有机和无机成分的混合物。”“独特的键合性质使这些材料具有独特的性能，包括光电和机械性能。”
研究人员发现，2D hoip的循环寿命超过10亿次，远远超过工程实际应用需求(通常为105至106次循环)，在类似的载荷条件下，其性能优于大多数聚合物，这表明2D hoip具有抗疲劳性能。Tu说，进一步研究材料的破坏形态，可以发现根据负载条件，材料的脆性(类似于其他3D氧化物钙钛矿，这是由于晶体中的离子键)和延展性(类似于聚合物等有机材料)行为。
加载条件的重复成分可以显著地驱动这些材料中缺陷的产生和积累，最终导致机械故障。由延性行为表现出的非预期塑性变形可能会阻碍材料的力学失效，是延长材料疲劳寿命的原因。这种特殊的破坏行为在循环应力下可能是由于混合有机-无机键的性质，不像大多数传统材料，通常表现为纯无机或纯有机键。
该团队还研究了应力和材料厚度的每个组成部分如何影响这些材料的疲劳行为。
Tu说:“我的团队一直在继续研究化学和环境压力因素，如温度、湿度和光照，是如何影响这种新型半导体材料的机械性能的。”
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