Materiais bidimensionais (2-D), como grafeno e dichalcogenetos de metais de transição (TMDs), exibem propriedades mecânicas únicas devido à sua estrutura atomicamente fina e forte ligação no plano. No entanto, compreender como esses materiais se quebram em nível atômico é crucial para otimizar seu desempenho em diversas aplicações. Aqui está uma explicação de como os materiais 2-D se quebram no nível atômico:

Fratura Frágil:
Os materiais 2-D são normalmente frágeis, o que significa que fraturam sem deformação plástica significativa. Quando um material 2-D é submetido a tensão, as ligações entre os átomos quebram abruptamente, levando à formação de fissuras e à rápida propagação. Esta fratura frágil ocorre ao longo de direções cristalográficas específicas, conhecidas como planos de clivagem, onde a ligação interatômica é relativamente fraca.

Descascamento ou delaminação:
Devido à sua estrutura em camadas, os materiais 2-D podem passar por um processo denominado descascamento ou delaminação, onde as camadas individuais se separam umas das outras. Isto normalmente ocorre quando as forças de van der Waals entre as camadas são mais fracas do que as ligações covalentes no plano dentro de cada camada. O peeling pode ser iniciado por estresse mecânico, flutuações térmicas ou intercalação de átomos ou moléculas estranhas entre as camadas.

Defeitos e Luxações de Borda:
Imperfeições na estrutura atômica, como defeitos nas bordas e deslocamentos, podem atuar como locais de nucleação para trincas em materiais 2-D. Esses defeitos perturbam o arranjo regular dos átomos e enfraquecem a integridade estrutural do material. Quando a tensão é aplicada, as trincas podem se propagar a partir desses defeitos, levando à falha.

Função das interações do substrato:
As propriedades dos materiais 2-D podem ser significativamente influenciadas pelas suas interações com o substrato no qual são cultivados ou depositados. A forte adesão entre o material 2-D e o substrato pode dificultar a propagação de fissuras, tornando o material mais resistente à fratura. Por outro lado, interações fracas podem promover delaminação e fratura frágil.

Temperatura e efeitos ambientais:
A temperatura e as condições ambientais também podem afetar o comportamento de fratura de materiais 2-D. Temperaturas elevadas podem suavizar a estrutura do material e facilitar a deformação plástica, tornando-o menos propenso a fraturas frágeis. A exposição a certos produtos químicos ou gases pode enfraquecer as ligações interatômicas e acelerar o crescimento de fissuras.

Em resumo, os materiais 2-D quebram no nível atômico por meio de fratura frágil, delaminação e propagação de trincas a partir de defeitos. Compreender esses mecanismos de falha é fundamental para projetar e otimizar materiais 2-D para diversas aplicações, como eletrônica, nanocompósitos e sistemas de armazenamento de energia. Ao controlar defeitos, interações com substratos e condições ambientais, as propriedades mecânicas dos materiais 2-D podem ser adaptadas para requisitos específicos.