蓝宝石（c-Al₂O₃）衬底上的单层/多层 MoS₂ 因其良好的电学、光学和机械性能而被视为下一代柔性电子、功率器件和传感器的核心沟道材料。然而，在实际服役过程中，高温退火、热循环以及机械应力往往导致 MoS₂ 晶格缺陷、层间滑移甚至薄膜破裂，从而限制器件可靠性。

蓝宝石衬底对MoS₂热稳定性的增强机制

1. 晶格匹配与界面热传导优化

蓝宝石的六方晶系结构与MoS₂的层状堆叠方向高度匹配，尤其是c面蓝宝石衬底（0001取向）与MoS₂的晶格失配率降低，可有效抑制高温生长过程中因晶格畸变产生的缺陷。

2. 抗氧化性能提升

MoS₂在高温下易与氧气反应生成MoO₃，导致材料分解。蓝宝石衬底通过物理屏蔽与化学惰性双重机制抑制氧化过程：其一，蓝宝石表面致密的氧化铝层可阻挡氧气分子渗透；其二，其高化学稳定性（在1000℃以下不与MoS₂反应）避免了界面副反应。

3. 热循环稳定性增强

在光电器件中，MoS₂需经历反复的热胀冷缩循环。蓝宝石的低热膨胀系数与MoS₂接近，可降低界面热应力。

蓝宝石衬底对MoS₂机械性能的增强机制

1. 机械强度提升

MoS₂的层间范德华力较弱，导致其抗拉强度低（~20 GPa），易在弯曲或拉伸过程中发生层间滑移。蓝宝石衬底通过以下方式增强机械性能：

界面锚定效应：蓝宝石表面台阶边缘与MoS₂的S原子形成强共价键，将单层MoS₂的杨氏模量提升；

应力分散设计：采用图形化蓝宝石衬底（PSS），通过周期性微结构将局部应力分散至整个衬底，使MoS₂薄膜的断裂应变提高。

2. 抗疲劳性能优化

在柔性电子器件中，MoS₂需承受数万次弯曲循环。蓝宝石衬底通过以下策略延长器件寿命：

晶界强化：在蓝宝石上生长的MoS₂薄膜晶粒尺寸达50 μm，较SiO₂/Si衬底上增大，大晶粒可减少晶界处的应力集中；

氢键修饰：通过等离子体处理在蓝宝石表面引入羟基（-OH），与MoS₂的S原子形成氢键，使薄膜与衬底的结合能提高。

3. 摩擦学性能改善

MoS₂作为固体润滑剂时，其耐磨性受衬底粗糙度有影响。蓝宝石经化学机械抛光（CMP）后，表面粗糙度（Ra）可降低，与MoS₂的层间距（0.65 nm）匹配，形成低摩擦界面。