材料的結構

當你看著一支不鏽鋼湯匙、一片玻璃或一顆鑽石，你看到的是光滑的表面和一種顏色，但真正決定它是什麼的東西，藏在裡面：它的原子是如何排列的。所謂材料的結構，指的正是那個排列，有哪些原子、它們如何鍵結、彼此相對坐落在什麼位置，從幾個相鄰原子的圖案，一直到肉眼可見的特徵。結構就是一團物質據以構築起來的隱藏建築。

更精確地說，結構不是單一一件事，而是一整組層層相套的排列。在最細的層次，它是電子與化學鍵；接著是原子的幾何堆積（是規律重複的晶體，還是雜亂的玻璃？）；再來是缺陷、晶粒與相這類特徵；最上層則是肉眼可見的粗略形狀與內部佈局。兩個化學式完全相同的物體，例如又軟又能寫字的石墨鉛筆芯，和堅硬無比的鑽石，同樣是純碳，它們的差別只在結構，而這個差別大得驚人。

材料結構的研究是一門自成一格的學問，有別於一般的材料科學概論：它聚焦在原子的排列、以及那個排列所構築出的種種特徵，還有讓我們得以看見結構的工具（繞射、顯微術）。整個領域最重要的一個觀念，就是結構決定性質，改變排列，就改變了材料能做什麼。誠實提醒：結構從來不是完美規律的；真實材料充滿缺陷與不規則，而往往正是那些不完美讓材料變得有用。