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摘要
材料/结构的断裂是一个多尺度过程，绝大多数断裂过程都涉及到原子键的断裂，因此原子尺度的演化对材料的宏观断裂行为有重要影响。随着实验技术的飞速进步，高清电子显微镜已经可以观察到原子尺度的裂纹，而计算能力的日渐强大使得原子尺度模拟成为揭示实验现象背后的断裂机制、研究众多典型纳米结构材料断裂行为的有力工具。在本综述文章中，我们首先介绍了原子尺度断裂模拟的加载方法，包括均匀加载、速度梯度加载、K场加载和静水应力加载，并综合对比了上述加载方法的适用范围，然后给出了基于原子尺度信息定量计算断裂韧性的方法，包括能量释放率法、线下面积积分法、临界应力强度因子法、原子尺度内聚力模型法和原子尺度J积分法。随后介绍了近年来有代表性的不同类型的纳米结构材料（包括单晶、多晶、孪晶等晶体结构，非晶结构，异质界面结构）断裂行为模拟研究，例如钝化处理的单晶硅太阳能电池裂纹抗力大大增加、锂离子电池中锂化浓度控制的硅电极韧脆转变、错配应力驱动界面自发分层一步制备大尺度纳米硅片。这些研究结果揭示了实验现象背后的机理，同时和实验结果的一致性也印证了原子尺度模拟的可靠性与准确性。最后强调了原子尺度模拟面临的一些问题和挑战，并对将来的发展方向进行了展望。
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