從理論上,(蒲柘光電)黏附問題可以分為三類(:(1)以連續介質力學為基礎的宏觀模型;(2)以分子/原子模擬為基礎的原子模型;(3)介于上述兩類模型之間的以微細觀/介觀力學為基礎的多尺度模型。
(1)宏觀模型(生物顯微鏡):幾乎所有的彈性接觸問題的宏觀研究都是運用Johnson建立的接觸力學理論,當黏附力變得相對很大,或者相互黏附的物體為生物體等一些彈性模量很小的材料時,則需要用非彈性方法、大變形理論等。這種模型被廣泛地應用于四點彎曲法和壓痕法等實驗中,計算裂紋擴展阻力,用來表征黏附強度。
(2)原子模型:(體視顯微鏡)原子模型主要有兩種類型:一種是計算界面上的結構特性和化學鍵,預測界面化學特性是如何影響分子/原子鍵的強度;另一種是計算界面上的位錯分布和大小,用局部Grifit應力集中因1的開裂。
在這類模擬方法中,Becker是用界面鍵斷裂模型,Lee和Aaronson發展了一套離散晶格面的分析方法,Borchers和Bormann擴展了Becker模型,并把它應用于計算低溫下的界面黏附能,結果發現穩定對界面黏結強度有顯著的影響,但一般而言用原子模型得到的黏附能都要比實驗結果大10。最近幾年,分子動力學也被應用于黏附科學領域,在分子/原子層面對界面黏附的物理本質進行研究,并把模擬結果、宏觀模型的計算結果與實驗結果進行比較,從而更好地指導實驗改進以及宏觀理論模型的修正。
(3)多尺度介觀模型(偏光顯微鏡):它是近幾年發展起來的一種結合原子模擬和連續介質力學的方法,在黏結界面采用原子模型,計算界面鍵的強度來表征界面黏附能大小,但遠場仍然利用連續介質力學計算遠場應力分布對黏附界面位錯密度和空間分布的影響。
多尺度介觀模型大致有兩類分析方法:一類就是從連續介質力學理論出發,它基本上只能計算一些簡單的、位錯數量少并且分布規則的情況,已經有一些靜態和動態的計算結果,其中包括裂端或裂端附近的位錯擴展。另一類就是編寫一些大型的模擬程序,并結合有限元方法模擬遠場大尺度效應,被稱為準連續模型。它能在一次模擬中將界面黏附從原子尺度、微觀尺度和連續場三個方面同時體現出來,但是這種方法的缺點就是編程相當復雜,計算量龐大,并且在模型過渡區不好處理。后來ab initio密度函數理論被引入多尺度模型,Curtin和Miller應用介觀模型考慮原子尺度和連續介質場理論的耦合計算得出了AIO,的界面能。