热效应对断裂及脆–延性转变的影响

脆性与延性材料的断裂行为可受热涨落的强烈影响，尤其在微纳器件以及类橡胶与生物材料中。然而，温度效应，特别是对脆–延性转变的影响，仍亟需更深入的理论研究。作为该方向的一步，我们提出一种基于平衡统计力学的理论，能够描述由含可断裂单元晶格构成的原型离散系统中温度依赖的脆性断裂及脆–延性转变。关于脆性行为，我们得到了温度依赖断裂应力与应变的闭式表达式，代表了广义Griffith判据，最终将断裂刻画为真正的相变。对于脆–延性转变，我们得到一个复杂的临界图景，其特征为两断裂机制(脆性与延性)间的阈值温度、上屈服强度与下屈服强度，以及对应于完全破坏的临界温度。为展示所提模型在描述小尺度热断裂行为上的有效性，我们成功将理论与Si及GaN纳米线的分子动力学模拟结果进行了比较。