刀把东西切开，在原子分子层面是什么样的原理？ 第1页

直接贴个视频吧，下面是大阪电气通信大学做的单晶硅的切削模拟^[1]，每个球都是一个硅原子，不同的颜色对应的右上角的不同数字，这个数字代表周围其他的近邻硅原子的数量。

正常情况下，硅晶体是金刚石结构，每个硅周围都有4个其他硅原子。当切割开始后，裂纹尖端受到刀刃的挤压，产生极大的应力。为了释放掉这些应力材料会发生变形，这个过程会引入大量的缺陷，使得裂纹尖端非晶化。当然，不同的材料/刀刃角度带来的切割机制肯定是不一样的，这里只是一个个例。

其实比起主动切割，我们其实更关心在拉应力条件下材料被拉断的过程，因为这个过程经常是个正反馈过程，只要外加拉应力超过一定的阈值，裂纹就会迅速扩展并导致断裂，因而也更加危险。

下面是一个拉伸断裂的分子动力学模拟^[2]，不同的颜色代表不同的应力状态：

视频中的断裂整体上是直接沿着一个晶面把材料平整的撕开，也叫解理断裂，是典型的脆性断裂方式。这种断裂带来的变形很小，不能有效的吸收能量，因此我们并不希望看到这种断裂的发生。如何避免这类脆性断裂，也是传统材料学的核心内容之一。

不过上面的断裂并不是100%的脆性断裂，而是夹杂着少量的塑性变形。中间biubiubiu射出去的那个叫位错，位错的运动会带来一定的塑性变形。仔细看的话，你会发现当位错抵达表面后，部分原子的移动使表面产生了台阶，这便是塑性变形的微观体现。并且，位错发射能够使裂纹尖端变钝，降低应力集中的程度，从而增加裂纹扩展的难度，缓解脆性断裂。

参考

1. ^Requirements for Ductile-mode Machining Based on Deformation Analysis of Mono-crystalline Silicon by Molecular Dynamics Simulation https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0007850607000157
2. ^molecular dynamics - crack propagation - Sy https://www.youtube.com/watch?v=h2ny1PWtaw0