二维材料具有超薄的原子级厚度以及优异的力学物理特性，在半导体、柔性器件、复合材料等领域有广阔的应用前景。

单层二维材料具有极低的弯曲刚度，其二维平面结构在受到几何约束时会发生面外形变，形成波纹、屈曲、起皱甚至折痕，对二维材料的机械、电和热性能产生重大影响。而二维材料的力学稳定性，对于悬空二维材料在微/纳米机电系统、谐振器/振荡器、纳米剪纸/折纸、质子传输膜和纳米通道等器件的应用，会直接影响器件的寿命及效益。

因此，厘清二维材料的力学稳定性机制及调控其失稳行为，对二维材料以及其他原子级厚度薄膜的力学应用尤为关键。由香港大学（港大）工程学院机械工程系陆洋教授领导的团队，研发新方法用以评估及调控原子级薄膜材料的失稳行为。

陆教授的团队与中国科学技术大学的研究团队合作，采用“推-剪”的策略，首次实现原位观测单层二维材料的平面剪切变形，可控调节二维材料失稳特性，并结合理论分析和分子动力学模拟揭示了原子级薄膜多级失稳的力学原理以及调控机制。

研究成果已在学术期刊《自然通信》发表，论文题为《调控悬空单层二维材料失稳行为》（“Tuning Instability in Suspended Monolayer 2D Materials”）。

团队正计划与工业界合作，开发新型原子级薄膜力学测量平台，利用原位微纳米力学技术实现高通量原子级薄膜材料力学性能测量，同时实现材料器件物理性能的深度应变工程调控。

“我们的发现，突破了悬空单原子层二维材料的力学失稳行为调控难题，实现了单层石墨烯和二硫化钼的弯曲刚度测量。研究成果还为调制原子级薄膜的纳米尺度失稳形貌及其物理特性提供了新的研究方向。”陆教授说。

“我们开发了一种基于微机电系统的原位剪切装置来控制悬浮单层二维材料的失稳行为，这实验手段也适用于其他原子薄膜。我们又进一步研究失稳导致的二维材料褶皱形态演化，发现由褶皱波长和幅值的变化主导的二维材料有不同的失稳和恢复路径，为评估原子级薄膜材料的失稳行为和弯曲性能提供了新的实验力学方法。此外，与失稳过程相关的二维材料局部应力/应变和曲率变化，在物理和化学领域也有相关应用，例如通过调节褶皱形态来改变电子结构以及建立快速质子传输通道等方面（见图一）。” 陆洋教授进一步解释说。

“我们的研究实现了以二维材料为代表的原子级薄膜材料可控失稳调制，同时相比于传统的拉伸应变工程，剪切应变能够深度调控二维材料能带结构，未来我们将继续推进这项研究，最终希望实现深度应变下低维材料力学及功能一体化设计。”论文第一作者、陆教授团队的博士后研究员侯渊博士说。