在材料科学领域，材料强度与韧性的倒置关系是长期存在的经典难题。三维块体材料可以通过微结构设计、相变增韧、纤维复合等策略实现强韧协同，但二维材料因其独特的原子层结构面临更严峻挑战：原子级厚度赋予其接近理论极限的高强度（如石墨烯强度达130 GPa），但是超大比表面积却导致裂纹极易萌生和扩展，使其断裂韧性远低于三维结构材料。这种"强而不韧"的特性严重制约了二维材料的器件应用，在大功率器件、柔性电子、可穿戴器件等需承受反复形变场景中的应用。尽管研究者尝试通过引入空位、晶界等缺陷提升韧性，但这些方法往往以牺牲材料的本征电学性能为代价，陷入"顾此失彼"的困局。

基于此，香港理工大学赵炯教授、清华大学徐志平教授与香港城市大学李淑惠教授联合团队在《Nature Materials》发表题为"Twist-assisted Intrinsic Toughening in Two-dimensional Transition Metal Dichalcogenides"的研究论文，开创性地通过扭转工程破解二维材料强韧不可兼得的矛盾。研究团队以二硫化钼（MoS₂，WS₂）等典型过渡金属硫族化合物（TMDs）材料为研究对象，通过精准控制双层结构扭转角度，成功实现了断裂韧性的显著提升。原位透射电子显微镜观测显示，当裂纹在扭转双层结构中扩展时，上下层因晶格取向差异形成交错的裂纹路径。首次断裂发生后，上下层裂纹边缘通过跨层自组装形成稳定晶界结构，这种独特的"裂纹自愈合"机制有效抑制了裂纹的进一步扩展。该机制突破了传统断裂力学理论框架，首次在二维体系中实现损伤自抑制功能，为设计强韧一体化二维材料提供了全新范式。

这项跨学科研究成果不仅建立了二维材料力学-电学性能协同优化的新范式，更将扭转工程的应用范畴从电子态调控拓展至力学性能设计领域。随着二维扭角材料制备技术的不断成熟，兼具优异力学性能和奇异电学特性的新一代智能材料有望在柔性电子、仿生传感等领域引发技术革新。

论文第一作者：郑晓东，冯诗喆，曾志成

论文通讯作者：赵炯，徐志平，李淑惠

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41563-025-02193-y

图1 原位TEM观察二维扭角MoS₂中的断裂过程。

图2 扭角TMDs中的晶界形成机制与裂纹尖端钝化效应

图3 纳米压痕实验和分子动力学模拟确认扭转增韧效果。

图4 扭转角依赖的MoS₂断裂韧性