薄膜體系經常會自發形成褶皺并與基底分離，從而產生新的構效關系，引起了基礎科學和應用科學工作者的廣泛關注。特別是硬基底上的薄膜褶皺現象, 已在過去數十年間被深入研究。

由于在原位實驗觀察和動力學模擬時存在諸多技術困難，現有研究主要集中在各種褶皺的靜態和終態的形貌，而各種褶皺尤其是復雜網絡狀褶皺的動態傳播的研究一直是巨大的挑戰。特別是近年來，二維材料由于表面無懸掛鍵且與基底之間以范德瓦爾斯作用為主，界面作用力較小，導致結構易于褶皺并隨之引起性能的變化，因而二維材料的褶皺研究逐漸成為當今研究的熱點。

近日，清華大學材料學院劉鍇課題組在美國化學學會ACS Nano期刊發表研究論文。該研究通過微米尺度的探針觸發MoS₂薄膜形成褶皺，結合原位觀察和有限元模擬來研究和理解網絡狀褶皺的動態傳播過程及其影響因素。

針對二維材料褶皺研究中的原位觀察和動力學分析中的難題，劉鍇研究團隊與航空航天學院李曉雁副教授、西安交通大學理學院張磊教授團隊緊密合作，采用聚合物輔助沉積方法制備出厚度可調的MoS₂薄膜，并利用光學顯微鏡原位觀察平整薄膜在微米尺度探針觸發下網絡狀褶皺的動態形成與傳播過程。

實驗發現，該種褶皺并非直線形式蔓延而是以蜿蜒的方式傳播，且其傳播方向是各向同性的。

MoS2褶皺動態傳播過程的原位觀察（下）和有限元模擬結果（上）

在起始階段，褶皺沿著若干個電話線方向傳播，每個褶皺前端在傳播一段特征距離后，會在節點處分叉成兩個褶皺前端，且與之前的報道不同，分叉后的節點并沒有立即釘扎而是隨著前端的移動繼續移動一小段距離。部分褶皺前端會繼續沿著不同的方向傳播，而另外一部分會在靠近鄰近的褶皺時停止，從而形成網絡狀結構。褶皺會快速傳播至整個視野，乃至整個樣品表面。

進一步的有限元模擬研究通過再現褶皺形成與傳播的動態過程，定量地研究了褶皺圖案、褶皺三維結構與薄膜厚度的相關性，且模擬結果與實驗結果表現出高度的一致性。

最后文章在系統報道MoS₂褶皺動態傳播過程的基礎上，探討了褶皺狀的MoS₂薄膜在漫反射涂層、微流通道及析氫催化電極等方面的應用，為開發基于褶皺工程的半導體器件提供了參考。

該論文第一作者為清華材料學院訪問學生、西安交通大學理學院博士研究生生任紅濤，清華大學航空航天學院博士生熊紫辛和清華大學材料學院博士生王恩澤；

通訊作者為劉鍇副教授、李曉雁副教授以及張磊教授

Ren H, Xiong Z, Wang E, et al. Watching Dynamic Self-Assembly of Web Buckles in Strained MoS2 Thin Films[J]. ACS nano, 2019.