材料失效是固体力学关心的核心问题之一, 强度准则是描述材料失效的重要工具. 二维材料具有优越的力学性能, 在能源环境、电子信息、航空航天、纳米器件等领域都有重要的潜在应用. 但二维材料缺陷不可避免, 由于其原子级厚度和极低的离面刚度, 缺陷残余应力会导致显著的应力集中和离面变形(图1), 从而显著降低材料的强度. 目前研究人员主要从断裂力学和强度理论两个方面解释二维材料的物理破坏机制. 断裂力学通常基于Griffith准则, 该准则建立在能量释放率与断裂韧性之间的平衡关系上, 但由于不同缺陷结构引起的局部应力集中和面外变形等原因, 难以获取非直线型裂纹扩展路径上的能量释放率与断裂韧性, 进而降低了该准则的适用能力. 强度理论一般涉及强度或应变的不同组合形式, 但传统强度理论未涵盖原子结构信息, 难以准确描述缺陷二维材料力学失效行为. 特别地, 二维材料缺陷结构、加载状态多样, 导致复杂的应力分布和变形失效模式, 增加了普适性强度理论的难度. 因此,如何构建普适性强度理论成为亟需解决的问题.
为此, 西安交通大学刘益伦教授团队综述了近年来二维材料强度相关的实验、模拟和理论研究进展, 着重介绍了缺陷二维材料的变形机理. 他们提出从化学键失效的角度来确定仅与化学环境相关的本征强度, 并基于本征强度与残余应力和外部载荷引起的局部拉伸应力平衡原则, 建立了复杂载荷下缺陷二维材料的统一强度理论(图2).
最后，他们讨论了二维材料强度理论的发展趋势，提出了完善和发展强度理论的重点关注方向：
（1）电子云重叠是材料成键的本质原因, 材料破坏的本质就是化学键发生断裂, 因此从电子云分布出发建立化学键失效标度, 则可能提供更为本质的认识;
（2）二维材料种类繁多, 为了得到其化学键本征强度, 需要发展高精度的原子间势函数来精确捕捉化学键断裂, 并给出其失效的原子应力;
（3）目前二维材料实验和模拟通常在低温或室温下进行, 然而实际工况下二维材料可能处于高温环境中, 高温会降低材料强度, 但高温破坏机理尚不清楚, 需要进一步在原子尺度考虑温度影响, 建立温度相关的统一强度准则;
（4）现有的理论模型仅针对二维材料初始失效, 未将裂纹扩展强度囊括进来, 由于缺陷种类、数量和位置的随机性, 需进一步结合机器学习等新兴分析方法, 精确预测裂纹扩展过程中的化学键断裂及裂纹强度.
西安交通大学刘益伦教授和覃华松副教授为本文的通讯作者, 博士生张国强为本文的第一作者. 该工作得到国家自然科学基金（12325204, 11890674, 12102323）资助.
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