晶界能

晶界是一塊原子貼合得很差的區域，這裡被擠、那裡被拉，鍵受了應變、很不舒服。就像自由表面因為原子有斷鍵而帶有額外能量，晶界也因為原子鍵結錯位而帶有額外能量。晶界能就是這份每單位面積晶界的額外能量，也就是兩個晶粒之間那道不匹配接縫所付出的能量代價。

它也用 gamma 表示、單位是 J/m^2，但通常比同一材料的自由表面能來得小，往往大約只有三分之一，因為跨過晶界的原子兩側都還有鄰居（只是對得不好），而自由表面的原子有一側是空的。這份能量強烈取決於錯向：小角度晶界（小傾角）能量低，並隨傾角增大而升高；某種特殊的重合晶界（例如共格雙晶界）則可以出奇地低。在三個晶粒相會的地方，你甚至能親眼看見能量平衡在起作用：晶界像肥皂膜一樣互相拉扯，若三份能量相等，它們就會以 120 度的夾角相會。

晶界能是晶粒成長的引擎：多晶材料可以藉由讓晶粒變少變大（總晶界面積變小）來降低總能量，所以加熱時，大晶粒會吃掉小晶粒。同樣這份能量也決定了第二相或裂縫會不會沿著晶界潤濕並蔓延。誠實提醒：因為低能量的特殊晶界較能抵抗遷移與開裂，工程師會刻意設法提高它們的比例，這種策略叫晶界工程（grain-boundary engineering）。