結構的尺度層級

材料科學裡的「結構」是指各個部分如何排列——但是多大的部分？一種材料同時在許多放大層級上都有結構，就像一張地圖可以從太空俯瞰一路縮放到單一條街。每一個放大層級都揭示不同的特徵，而每一層級都影響材料的行為。

由小到大的尺度階梯。次原子：單一原子內部的電子與原子核（這決定鍵結）。原子：原子相對於鄰居如何排列——晶體結構或其欠缺，大約在 0.1 到 1 奈米。奈米結構：約 1 到 100 奈米的特徵（細微顆粒、薄層）。顯微組織：顯微鏡下看得到的東西，大約 0.1 到 1000 微米——晶粒、相、界面。巨觀結構：肉眼可見的東西，公釐以上——整體形狀、大型缺陷、銲道。作為比例尺，一根頭髮直徑約 70 微米，而一個原子大約還要再小一百萬倍。

性質是在哪一個尺度主宰行為，就由哪一個尺度決定——而往往是小尺度說了算。強度由原子尺度的差排與微米尺度的晶粒控制；導電率由次原子的電子排列控制。材料科學的核心本領，就是知道對你在意的那個性質該看哪一個尺度，並把材料加工到在那個尺度得到正確的結構。