为什么物体的尺度越小而强度却越大

材料强度的尺度效应不能一概而论，但是一般来讲来讲，材料尺度对它的强度有很大的影响，而材料的尺度又包含宏观尺度和微观尺度，宏观尺度包含材料的几何形状的尺度，长、宽、高、缺口的大小等等，微观尺度包括多晶材料的晶粒（grain）大小，结构材料的单元（Representatice volume cell）的尺度等。我们先将讨论的范围缩小到只考虑宏观的尺度，只考虑各向同性材料。这样通常来讲，理想的各相同性材料没有尺度效应，材料的强度应该是不随大小改变。原因的话我们先从什么决定材料的强度来说起。首先定义下强度：强度是指材料在失效前能承受的最大应力，理想材料内部没有缺陷，所以强度作为材料的固有属性是不会变的，但是为什么在实际工程材料中，强度为什么会存在尺度效应呢？这是因为材料不可能完美，总是会有缺陷，而这种在内部结构的缺陷源于材料的制造过程，很明显这些缺陷会随着材料的大小而改变。另外这些缺陷的位置也有很大的随机性，所以材料尺度越小，有缺陷的机会会少，或者这些缺陷的数目也少，从而强度越大。那也许你会问了，那如果我们把材料做到纳米尺度，是不是材料强度就很高？答案当然是的。加州理工有个组（Dr. Julia Greer) 就做了这样的事情，他们的成果近几年都陆续发表在nature，science上。他们做的很简单，就是将陶瓷做到纳米尺度（5 nm左右），而且材料属于结构材料，这样大大提高了材料的强度和其他性能！他们能成功的一个重要原因便是小尺度使得材料接近完美。