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美国科学家得出物体碎裂的微观理论

美国麻省理工学院的研究人员通过在纳米尺度上，进行逐个原子的模拟物体碎裂的产生和传播，得出了纳米器件、飞机甚至是地球在地震中是怎样产生裂缝并逐渐传播出去的理论，这一理论在科学和工程中很有应用价值。他们的研究论文发表在1月19日的《Nature》杂志上。
??麻省理工学院土木与环境工程系原子力学建模组负责人Markus J. Buehler说，“经典的碎裂动力学只能应用于很少的几种材料上，我们的结果是一个可以用来解释大量易碎物质中裂缝传播的理论突破，它能解释实验和计算模拟的观测现象，而迄今为止人们对这些现象知道得还很少。”
??以前的实验表明，裂缝是在一个镜面般平整的表面上慢慢的产生出来的，当裂缝传播速度变大时，在某一点它就会像一条失去控制的蛇一样向四周紊乱的扩展，最终产生混沌图案。Buehler和德国斯图加特的马科斯-普朗克金属研究所的高华健（音译）通过模拟碎裂过程中原子的运动来研究物质在极端条件下的行为。通过对大量分子动力学的模拟，他们发现了物质碎裂背后的物理原因，并且形成了一套新的解释易碎材料中裂缝如何传播的理论。
??研究人员们发现要弄清楚碎裂的原因，需要考虑材料的超弹性和接近碎裂点的原子键。Buehler说：“超弹性是量子力学中关于原子相互作用的一个概念，现有的很多碎裂理论中都没有把它考虑进去，我们的结果说明超弹性对解释现在很多没有解决的实验现象很关键。超弹性重要的一点就是弹性硬化行为对碎裂的不稳定动力学有很重要的影响。”
??谭华海译自：physorg.com网站 2006年1月18日

利用计算机模型研究纳米管断裂机制
从理论上说，碳纳米管的强度比钢铁强100倍，但是目前对于它们断裂的方式和条件，仍然有很多无法回答的问题，科学家们为了在实际应用中达到这个理论估计已经做了大量的研究。

??因为纳米管只是单个的分子，所以研究它们的断裂需要研究分子键、原子动力学和复杂的量子现象。但是因为有数以百计的不同种纳米管，有些纳米管的性质与其它的相差很大，也复杂得多，所以全面的研究所以纳米管的断裂机制是非常困难的。

??美国赖斯大学和明尼苏达大学的材料科学家们发展了一个用四个关键参数描述的新的计算机模型，它可以画出一副纳米管的“强度地图”，标志出纳米管可能断裂的部位，并且解释断裂的方式。

??材料工程、材料科学和化学教授Boris Yakobson说：“纳米管断裂有两种方式：化学键折断或者拉伸变形。我们发现，某一时刻引起纳米管断裂的机制只能是上面提到的一种，不可能同时由两种原因产生断裂。根据统计几率，我们可以把所有的碳纳米管在一定的条件范围内的断裂情况描画出来。”Yakobson的研究成果将发表在本周的《Proceedings of the National Academy of Sciences》杂志上。

??碳纳米管是纯粹由碳元素组成的单分子结构，它们呈窄的长条、空心圆柱形，柱壁只有一个原子那么厚。科学家们估计只有钢铁同等质量六分之一的单壁碳纳米管的强度却是钢铁的100倍。而与钢铁同等质量的凯夫拉尔合成纤维——大多数防弹装甲的组成部分——的强度大约只是钢铁的5倍。

??纳米管的直径可以从小于半个纳米到大于三个纳米不等，它的形状也会随扭曲的角度不同而发生改变，这个角度称为手征角。这和卷曲的礼物包装纸类似，当仔细的把两端对齐卷曲时，两端都不会有多余的部分突出来，但是如果卷曲角度发生改变，某一端就会突出一部分包装纸来。纳米管的手征角可以在0度到30度之间变化，具有不同的手征性和直径的纳米管的物理性质可以相差很大，例如有些表现出金属的性质，而另外一些则不是。

??在研究纳米管断裂的计算机模型时，Yakobson考虑了四个重要的参数：负载程度、负载持续时间、温度和手征性。

??赖斯大学前博士后、目前明尼苏达大学机械工程助理教授、论文的合作作者Traian Dumitrica说：“每种特定的纳米管的断裂机制都与它的本身的手征性有关，另外温度也会影响。我们在图上总结出了断裂与参数复杂的依赖关系，这是材料科学研究中模型的强大预言能力的一个很好的例子。”

??谭华海译自：physorg.com网站 2006年3月28日

jackwang

赞！能把nature上的原文转贴来么？最好译一下，太多术语了

chunyu

原文。
谢谢yycgy。忙于自己的二亩三分地，对新研究关注的太少了。
to jackwang：读英文原文有利于学习和交流，特别是术语，用英文比较好。

chunyu

第二部分

yycgy

支持chunyu！

建议大家开辟自己的blog，提供最新的东西，然后在精华整理出来。

jackwang

多谢多谢～