这篇文档属于类型a，是一篇关于二维范德华（van der Waals, vdW）晶体塑性变形能力高通量筛选的原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

作者及发表信息

本研究由Zhiqiang Gao（上海硅酸盐研究所、上海科技大学）、Tian-Ran Wei（上海交通大学）、Tingting Deng（上海硅酸盐研究所、中国科学院大学杭州高等研究院）等共同完成，通讯作者为Tian-Ran Wei和Xun Shi。研究成果发表于Nature Communications期刊，2022年12月发布，文章标题为《High-throughput screening of 2D van der Waals crystals with plastic deformability》，DOI: 10.1038/s41467-022-35229-x。

学术背景

研究领域：本研究属于二维材料力学性能与柔性电子器件交叉领域，聚焦于无机半导体材料的塑性变形能力。

研究动机：传统无机半导体普遍存在脆性问题，限制了其在柔性电子器件中的应用。尽管近年发现InSe等少数二维范德华（vdW）晶体具有室温塑性，但通过试错法筛选此类材料效率低下。因此，开发高通量筛选方法成为迫切需求。

科学问题：如何快速预测具有塑性变形能力的二维vdW晶体？其塑性机制是否具有普适性？

研究目标：
1. 建立基于能量参数的塑性变形能力指标（ξ）；
2. 通过高通量计算筛选潜在塑性材料；
3. 通过实验验证筛选结果并揭示塑性机制。

研究流程与方法

1. 高通量筛选流程

研究团队开发了一套自动化计算流程（图1），包含以下关键步骤：
- 数据准备：从无机晶体结构数据库（ICSD）中检索3451种二元硫族化合物，筛选出248种层状结构，排除放射性或不稳定结构后保留107种材料（172个ICSD结构）。
- 能量参数计算：
- 层间解理能（*E_c,inter*）：通过插入真空层模拟解理过程，计算能量差。
- 层间滑移势垒能（*E_b,inter*）：利用广义堆垛层错能（GSFE）表面分析最小能量路径（MEP）。
- 跨层解理能（*E_c,cross*）：针对非（001）晶面，选取间距最大的15个平面计算最低解理能。
- 塑性指标（ξ）：定义为*ξ = E_c,inter × E_c,cross / E_b,inter*，通过阈值（ξ≥11.9）区分塑性与脆性材料。

创新方法：
- 开发了基于Python和PyMatGen的自动化程序，减少70%计算时间；
- 提出简化策略（仅计算大间距平面）以高效获取*E_c,cross*，经20种材料验证有效。

2. 实验验证

从筛选结果中选取13种材料（如MoS₂、GaSe、SnSe₂等）制备单晶样品，进行力学测试：
- 三点弯曲实验：塑性材料（如InSe、MoS₂）可承受>20%应变，脆性材料（如Bi₂Te₃）在<5%应变下断裂。 - **压缩与拉伸测试**：MoS₂沿c轴压缩应变>70%，微柱压缩应变>20%；拉伸测试显示应力平台现象，归因于层间滑移。
- 微观表征：通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察到滑移台阶和位错运动，证实跨层滑移机制。

3. 塑性机制分析

通过电荷密度和晶体轨道哈密顿布居（-ICOHP）分析揭示化学键作用：
- 层间滑移：低*E_b,inter*和高*E_c,inter*使滑移优先于断裂。
- 跨层滑移：初始化学键（如Mo-S）断裂后，新键（如Mo-Mo、S-S）形成维持结构完整性（图4i）。

主要结果

1. 筛选结果：发现36种潜在塑性材料（85个ICSD结构），包括已知材料（MoS₂）和新候选材料（如GaS）。
   
2. 力学性能：验证的7种材料（如SnSe₂）表现出显著各向异性塑性，压缩应变达70%。
   
3. 机制统一性：塑性源于层间与跨层滑移协同作用，化学键重构是关键。
   

结论与意义

科学价值：
- 提出首个针对二维vdW晶体的塑性筛选指标，填补了该领域方法论空白；
- 揭示塑性变形的普适机制，为理解无机材料力学行为提供新视角。

应用价值：
- 加速柔性电子器件材料的开发，如可弯曲传感器、异形电子元件；
- 拓展二维材料在可靠性器件（如耐疲劳电极）中的应用潜力。

研究亮点

1. 方法创新：首次将高通量计算与塑性指标结合，实现快速筛选。
   
2. 跨尺度验证：从原子尺度（DFT计算）到宏观力学测试，数据链条完整。
   
3. 机制深度解析：通过-ICOHP定量分析化学键演化，阐明塑性本质。
   

其他价值

• 公开了计算代码（Supplementary Software 1），促进领域内方法复用；
  
• 为探索非二维塑性材料（如块体半导体）提供了方法论参考。
  

本研究通过“计算预测-实验验证-机制阐释”的全链条研究，为二维材料在柔性电子领域的应用奠定了重要基础。