从理论上,(蒲柘光电)黏附问题可以分为三类(:(1)以连续介质力学为基础的宏观模型;(2)以分子/原子模拟为基础的原子模型;(3)介于上述两类模型之间的以微细观/介观力学为基础的多尺度模型。
(1)宏观模型(生物显微镜):几乎所有的弹性接触问题的宏观研究都是运用Johnson建立的接触力学理论,当黏附力变得相对很大,或者相互黏附的物体为生物体等一些弹性模量很小的材料时,则需要用非弹性方法、大变形理论等。这种模型被广泛地应用于四点弯曲法和压痕法等实验中,计算裂纹扩展阻力,用来表征黏附强度。
(2)原子模型:(体视显微镜)原子模型主要有两种类型:一种是计算界面上的结构特性和化学键,预测界面化学特性是如何影响分子/原子键的强度;另一种是计算界面上的位错分布和大小,用局部Grifit应力集中因1的开裂。
在这类模拟方法中,Becker是用界面键断裂模型,Lee和Aaronson发展了一套离散晶格面的分析方法,Borchers和Bormann扩展了Becker模型,并把它应用于计算低温下的界面黏附能,结果发现稳定对界面黏结强度有显著的影响,但一般而言用原子模型得到的黏附能都要比实验结果大10。最近几年,分子动力学也被应用于黏附科学领域,在分子/原子层面对界面黏附的物理本质进行研究,并把模拟结果、宏观模型的计算结果与实验结果进行比较,从而更好地指导实验改进以及宏观理论模型的修正。
(3)多尺度介观模型(偏光显微镜):它是近几年发展起来的一种结合原子模拟和连续介质力学的方法,在黏结界面采用原子模型,计算界面键的强度来表征界面黏附能大小,但远场仍然利用连续介质力学计算远场应力分布对黏附界面位错密度和空间分布的影响。
多尺度介观模型大致有两类分析方法:一类就是从连续介质力学理论出发,它基本上只能计算一些简单的、位错数量少并且分布规则的情况,已经有一些静态和动态的计算结果,其中包括裂端或裂端附近的位错扩展。另一类就是编写一些大型的模拟程序,并结合有限元方法模拟远场大尺度效应,被称为准连续模型。它能在一次模拟中将界面黏附从原子尺度、微观尺度和连续场三个方面同时体现出来,但是这种方法的缺点就是编程相当复杂,计算量庞大,并且在模型过渡区不好处理。后来ab initio密度函数理论被引入多尺度模型,Curtin和Miller应用介观模型考虑原子尺度和连续介质场理论的耦合计算得出了AIO,的界面能。