二维层状范德华晶体因其丰富的电学、光学、热电和自旋电子学性质，在柔性电子、光电子、能源转换等领域具有重要应用前景。二维材料的本征弱层间范德华作用和强层内化学键不但赋予了显著的结构与性能各向异性，而且也为新奇物理性质的调控提供了独特平台。不同于传统无机非金属材料通常呈现脆性的特性，二维材料独特的化学键特性导致近年来在InSe、SnSe₂、GaSe、缺陷Bi₂Te₃等多种二维层状范德华块体单晶中发现了宏观尺度室温塑性。然而，这类宏观尺度塑性行为局限于少数二维材料，并且拉伸应变量通常很小（低于12%）。如何对这些二维材料开展有效的塑性调控，在保持优异电性能的同时显著提升宏观尺度拉伸塑性，是发展高性能柔性、可变形电子材料亟需解决的关键科学问题。

近日，中国科学院上海硅酸盐研究所张家伟研究员、仇鹏飞研究员、史迅研究员和陈立东研究员联合浙江大学余倩教授等在二维层状范德华晶体的塑性调控方面取得突破性进展。研究团队提出离轴预压缩调控策略，在块体层状范德华晶体中实现层间莫尔超晶格的可控构筑，有效降低扭转与滑移能垒，使室温宏观最大拉伸应变从8.3%提升至30%（增幅约360%），为目前块体层状范德华晶体的最高值，同时保持优异的面内电输运特性。相关工作以“Tuning moiré twist angles enhances tensile plasticity in bulk van der Waals crystals”为题发表在《Nature Materials》（自然材料）。上海硅酸盐所博士后周佳丽、浙江大学博士研究生邹佳威、上海硅酸盐所高治强副研究员为论文的共同第一作者，上海硅酸盐所张家伟研究员与史迅研究员、浙江大学余倩教授为论文共同通讯作者。

材料的脆塑性本质上取决于裂纹扩展与塑性变形之间的竞争。当外加载荷产生的应力能够在裂纹形成并扩展前得到有效释放，材料便更容易发生塑性变形；反之，局部应力集中则会导致脆性断裂。位错、层错和孪晶等晶体缺陷可以通过运动、相互作用与重组耗散外加机械能，从而抑制裂纹扩展。对于层状范德华晶体，相邻原子层发生相对旋转时还会形成具有周期性晶格调制的莫尔扭转结构，从而在常规晶体缺陷之外，为材料提供额外的结构自由度与应力释放通道。因此，若能在块体层状晶体中可控预置入莫尔扭转结构，有望借助其在外力作用下的动态演化来释放应力从而提升材料的拉伸塑性。

研究团队首先聚焦三元层状范德华晶体GaGeTe，提出利用离轴预压缩主动构筑层间莫尔扭转结构的新策略来调控材料的宏观塑性。离轴预压缩是指沿偏离晶体c轴小角度方向（如~5°）施加单轴压缩，使压力在层间产生额外的面内剪切分量，从而引发非均匀应力场实现相邻原子层之间的相对旋转，形成层间莫尔扭转结构。进一步研究建立了拉伸应变与预压缩应变之间的客观联系，发现预压缩应变为10%左右时，材料的拉伸应变达到最大值。例如，未经处理的GaGeTe单晶在面内方向的最大拉伸应变为8.3%±2.7%，而经过离轴预压缩后的扭转GaGeTe晶体最大拉伸应变达到30.0%±3.3%，相较原始晶体提升约360%。这一宏观尺度拉伸塑性水平超过了已报道的所有块体范德华材料。

为揭示莫尔扭转调控塑性的微观机制，研究团队结合原位与离位透射电子显微镜，对不同变形阶段的层间扭转行为进行了系统表征。结果发现，未经预处理的GaGeTe在拉伸过程中仅形成以6°以下为主的小角度莫尔扭转，而离轴预压缩可通过非均匀应力场产生局域力矩和剪切作用，在晶体内部预先构筑~1°–21.4°的宽角度莫尔扭转结构；随后继续施加拉伸载荷时，莫尔结构进一步发生重构，扭转角分布逐渐向13.1°和21.4°等大角度集中，并与层间滑移协同演化。理论计算表明，虽然从完整晶体中初始形成莫尔扭转需要一定能量，但一旦扭转结构建立，进一步增大扭转角所需的能量变化可降低约一个数量级；更为关键的是，莫尔扭转可使GaGeTe的层间滑移能垒降低约两个数量级，而解理能基本保持不变，从而大幅提高材料发生层间滑移而非解理断裂的倾向。由此形成了“离轴预压缩预置宽角度莫尔扭转—莫尔超晶格大幅降低层间扭转与滑移能垒—拉伸载荷驱动大角度扭转重组与大规模滑移协同耗散机械能”的塑性变形过程，使材料能够在断裂之前通过持续的层内结构重构容纳大幅拉伸应变，从而实现对材料的塑性行为调控。

更重要的是，该策略具有良好的普适性。研究团队进一步在InSe、GaS、GaSe、CrSiTe₃、InSiTe₃和SnBi₂Te₄等多种具有不同带隙的块体层状范德华晶体中验证了离轴预压缩方法的有效性。实验结果表明，无论二元还是三元层状体系，经离轴预压缩处理后均表现出显著增强的拉伸塑性。二元体系中，GaS、GaSe的最大拉伸应变分别提升至24%与28%；初始应变较低的InSe晶体则实现近乎翻倍的增长（从约8%至15%）。三元体系中， CrSiTe₃单晶的拉伸应变由约7%提升至19%以上； InSiTe₃的最大拉伸应变由约5%提升至16%，增幅达320%；SnBi₂Te₄的最大拉伸应变由约7%提升至15%，增幅超210%。

该研究首次将“莫尔工程”从传统的电子结构和量子物性调控拓展到块体材料宏观拉伸塑性变形调控领域，揭示了层间莫尔扭转作为一种有效的应力释放与塑性变形调控机制的重要作用。相关成果为开发兼具优异电学性能和高机械柔性的层状半导体材料提供了新思路，也为柔性电子、可穿戴器件、可变形半导体器件及高可靠性功能材料的设计提供了新策略。

该工作得到了国家自然科学基金（卓越研究群体B类、重点项目等）、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队、中国科学院上海分院青年攀登计划、上海市科委等项目的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-026-02731-2

图1 离轴预压缩可控引入莫尔扭转结构从而显著提升块体层状范德华晶体的宏观拉伸塑性。

图2 GaGeTe晶体拉伸、离轴预压缩及离轴预压缩-拉伸后的莫尔超晶格结构与扭转角分布。

图3 莫尔扭转显著降低层间滑移与扭转能垒及塑性变形机制。