国际复合材料期刊（Composites: Part B）, 2012年B卷上发表了力学所非线性力学国家重点实验室肖攀博士等介绍分子统计热力学方法(MST)的论文，该方法可在几类纳米材料力学中应用，突显出它的可靠性和高效性。
纳米固体力学中常用的计算方法是分子动力学(MD)。MD能有效表征原子的动力学过程，但在时间尺度上受原子振动特征时间尺度(约10-12 s)制约，难以模拟准静态的实际过程；在空间尺度上，难以应用到百纳米以上体系。分子/集团统计热力学(简称MST/CST)多尺度计算方法，适用于有限温度下微/纳米材料的准静态行为分析。这一计算框架包含：采用分子表象的MST方法、采用准连续表象的CST方法以及采用分子/准连续联合表象的MST/CST耦合方法。发表在Composites: Part B上的论文主要讨论该框架的核心：MST。
论文综述性地介绍了MST方法在几类纳米材料的力学性能研究中的应用：面心立方晶体纳米材料的单轴加载及纳米压入过程；半导体纳米材料的结构相变及力学性能尺寸效应。计算结果表明，MST方法能有效刻画材料在力学加载中的微结构变化过程，如位错、相变等行为，并具有相比MD方法更高的计算效率(如图1(a))。在ZnO纳米线力学性能计算中，MST方法成功刻画了拉伸过程中纳米线由纤锌矿向四角结构的转变，其结果与MD及第一原理结果一致。更重要的是，MST表现出比MD高约60倍的计算效率，因而能计算更大尺寸的体系。例如，采用MST计算到了目前实验所能测量的ZnO纳米线尺寸，其计算结果与实验结果一致性地揭示了弹性常数的尺寸效应 (如图1(b)所示，实验结果由共同合作的清华大学朱静院士课题组完成)。
图1 (a) MST计算纳米杆压缩过程的耗时随原子总数的变化以及与MD方法的对比；(b) ZnO纳米杨氏模量尺寸效应计算值与实验结果的对比。
该研究成果将为微/纳米材料力学性能研究提供高效可靠的计算工具，便于模拟与实验结果的直接对比。
论文中所提及的MST计算软件已进行软件著作权登记（登记号：2011SR003778）。MST软件并行版本采用C++面向对象程序开发，近2万行代码，具有良好的通用性和扩展性。软件可以免费下载使用。
该研究得到科技部973计划(2007CB814803)、国家自然科学基金(10932011、10772181、10732090和10721202)和中国科学院创新基金(KJCX2-YW-M04)的资助。
论文信息：
Pan Xiao, Jun Wang, Fujiu Ke and Yilong Bai, “Molecular statistical thermodynamics – A distinct and efficient numerical approach to quasi-static analysis of nanomaterials at finite temperature”, Composites: Part B, 43 (2012), 57-63.
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