1.3.1 力学性质

石墨烯力学性能的研究也促进人们对二维过渡金属硫属化合物纳米膜力学性质的研究，但是到目前为止，有关TMD原子薄膜力学性质方面的理论和实验都报道很少。理论方面只有Jingbo Li课题组 [56] 对单层MoS 2 原子膜的力学弹性常数做过计算，算得的stiffness和泊松比率分别为123N·m -1 和0.25。实验方面，A.Castellanos-Gomez和Bertolazzi两个课题组 [57～58] 对MoS 2 纳米膜的力学性能做过工作。

Bertolazzi课题组 [57] 对单层和双层MoS 2 纳米薄膜的力学性能进行了测量。他们利用原子力显微镜（AFM）实现对MoS 2 纳米薄膜的力学测试，MoS 2 纳米薄膜悬浮在有圆孔的衬底SiO 2 的表面上，如图1.11(a)和(b)所示。图1.11(c)和(d)分别描述了得到的单层和双层MoS 2 原子膜的杨氏模量E 2D 和最大的断裂应力 ，为了与体材料相比，同时给出了假设它们单层厚为6.5Å的相应有效体积弹性模量。可以看出单层MoS 2 原子膜的面内弹性模量为180±60N·m -1 ，相应的有效杨氏模量为270±100GPa，而双层MoS 2 原子膜的面内弹性模量为260±70N·m -1 ，相应的杨氏模量为200±0GPa。单层和双层MoS 2 原子膜最大的断裂强度分别为15±3N·m -1 和28 ±1N·m -1 ，相应的杨氏模量为22±4GPa和21±6GPa。而且他们测得的每个单层MoS 2 的力为其杨氏模量的6%～11%，这是材料断裂强度的理论上限。这意味着机械剥离获得的单层膜是纯粹的晶体而且无缺陷。

A.Castellanos-Gomez课题组 [58] 测定了5～25层MoS 2 纳米膜的弹性特征，他们的测试装置和方法类似于Bertolazzi课题组。纳米膜的形变δ由下式计算：

δ=∆Z piezo -∆Z c

式中，ΔZ piezo 为原子力显微镜AFM扫描晶体管的位移，ΔZ c 为AFM悬臂的偏离值。他们测得的MoS 2 纳米膜的平均杨氏模量高达E=0.33±0.07TPa，这和石墨烯氧化物的情况差不多，比MoS 2 体材料的杨氏模量（0.24TPa）要大。与石墨烯和BN相比，MoS 2 纳米膜的硬度要小得多，表明MoS 2 纳米膜比石墨烯和BN要容易发生面内形变。而且，MoS 2 纳米膜还表现出了较低的预应变，弹性形变达到几十纳米而不断裂。这些优异的力学性能使它们在柔性的电子和光电子器件及复合薄膜组装方面有着潜在的应用价值。

1.3.2 光学性质

二维过渡金属硫属化合物独特的电子结构直接决定其光学性质。Splendiani等人 [59] 研究了MoS 2 纳米膜的发光特性，证明了单层膜具有最强的发光强度，这是因为单层膜具有直接的光学带隙，如图1.12(a)所示。Kin Fai Mak等人 [44] 的实验结果给出了相同的结论，他们对1～6层的MoS 2 纳米膜进行了研究，通过吸收、发光、photoconductivity spectroscopy追踪了量子限域效应对原子膜电子结构的影响。结果表明MoS 2 单层膜因具有直接的带隙发光最强，其发光量子效率比体材料高10 4 个数量级，如图1.12(b)所示。Weijie Zhao等人 [60] 对WS 2 和WSe 2 做了类似的光学性质研究。Eda等人 [61] 也系统地研究了厚度为1.3～7.6 nm的MoS 2 纳米膜的光学性质。另外，王俊 [62] 等人首次报道了二维层状MoS 2 纳米膜在近红外波段的优异超快饱和吸收性能。该研究小组利用液相剥离技术成功制备出了高品质MoS 2 纳米片分散液。透射电子显微镜、可见红外吸收光谱、拉曼光谱、原子力显微镜研究表明，分散液中存在大量高品质MoS 2 纳米片层，图1.12(c)显示的是MoS 2 纳米片的TEM图像。超快非线性光学实验证实MoS 2 纳米片对100fs、800nm近红外激光脉冲具有比石墨烯更加优异的饱和吸收响应，如图1.12(d)所示。这些光学性质的研究工作为MoS 2 等TMD纳米膜在纳米光电子器件方面的应用奠定了基础。