热梯度耦合石墨烯断裂的多尺度力学：分子动力学研究

热梯度下石墨烯断裂的热-力耦合机制具有丰富的应用，但由于其耦合的非平衡特性而难以研究。我们采用非平衡分子动力学，在不同热梯度下施加固定应变率并采用不同势场来研究石墨烯的断裂。研究发现，对于 AIREBO 和 AIREBO-M 势，断裂应力与初始裂纹长度并不严格呈正相关。在具有较小初始缺陷的“基于 REBO”的势模型中观察到应变硬化效应，这被解释为多孔石墨烯中观察到的钝化效应。观察到温度梯度与断裂应力及裂纹扩展动力学无明显关系。量子化断裂力学验证了我们的分子动力学计算。我们提供了一个独特的视角：横向键力分担载荷，从而解释了断裂应力随裂纹长度缩短而非线性增加的现象。在“基于 REBO”的势模型中观察到裂纹尖端处异常的动能传输，我们将其归因于势模型中较强的原子间吸引力。使用机器学习原子间势（MLIP）进行的断裂更趋于“类脆性”，但无法模拟断裂后的动力学行为。观察到使用 MLIP 的力学响应与温度梯度无关。据报道，采用丢弃率（dropout rate）为 0.1 的丢弃不确定性神经网络势的均衡模拟温度配置相比其余势最为准确。本工作有望启发对石墨烯非平衡动力学的进一步研究，并在多个工程领域具有实际应用。