Долгое время ученые считали, что если материал есть и он не содержит зон неоднородностей (включений) или видимых зон с ощутимым отличием, то он одинаков и по своим свойствам.
Берем мы доску и доска будет одинакова по всем своим физическим свойствам в каждой её точке. Это следует и из логики жизни. Отрезая кусок хлеба от батона мы справедливо предполагаем, что этот кусок будет иметь вкус, присущий всему батону.
С чего всё началось
По научному это называется гомогенность, что означает "одинаковость". Гомогенность подразумевается относительно самых разных физических составляющих вещества: гомогенность структуры, гомогенность конструкции и даже гомогенность свойств. Большинство материалов, которые нас окружают, действительно гомогенны. Точнее, так считалось до недавнего времени.
Про гетерогенность тоже давно известно, но речь обычно шла про гетерогенность на уровне видимых различий. Вы наверняка уже поняли, что гетерогенность - это антипод гомогенности.
Например, берем мы железобетон, который представляет собой композитный материал, видим четкую границу раздела фаз внутри него и смело можем утверждать, что свойства разных частей будут сильно различаться, а на границе раздела будет вообще непонятно что.
Это касается и микроуровня. Совершенно не обязательно, чтобы гетерогенность была на заметном глазу уровне. Достаточно иметь разный размер зерна в металле и это уже не однородный образец с разными свойствами в разных его точках.
Так или иначе, предполагалось, что если материал одинаков и гомогенен, то все его физические свойства одинаковы по всему объему и их можно смело усреднять. Взяли мы слиток чистого олова, измерили сопротивление (это касается и других физических свойств) его фрагмента и можем утверждать, что у всего олова будет такое же сопротивление. Прямые измерения покажут примерно те же значения и для всего объема.
Правда есть интересная особенность. Во всем слитке можно неожиданно найти "кусочек объема", который будет иметь отличные от основной массы физические свойства. Более тщательные исследования показали, что и внутри одного материала с гомогенной структурой и строением можно встретить зоны, где различаются свойства!
Мезоскопика и её жёсткие приколы
Этот вопрос изучает относительно молодая наука мезоскопика. Если сформулировать её кредо коротко - свойства материала могут зависеть от его размера.
Скажем, слой, толщиной в один атом может быть диэлектриком, а слой в два атома уже вполне будет проводить электрический ток.
Или как вам такая штука, как отрицательное абсолютное сопротивление?
Даже если вы плохо знакомы с физикой, то скажете, что сила тока равна отношению напряжения к сопротивлению. Это следует из закона Ома. Но на уровне тончайших слоев у некоторых материалов при увеличении тока, протекающего через образец, напряжение постоянно не растет, а наоборот падает. Поскольку величины завязаны через сопротивление, легко догадаться, что и его значение должно "плыть не туда!.
В итоге и внутри материала свойства могут отличаться на тех разделах, которые раньше казались гомогенными. Например, поверхность кристалла вполне может обладать свойствами, отличающимися от свойств самого кристалла и это вполне нормальное явление. Вот только раньше об этом не задумывались.
Такие сюрпризы очень важно распознавать и уметь прогнозировать. Ведь множество современных разработок связаны именно с уменьшением размера конструкций и границы "раздела свойств" могут быть нащупаны совершенно неожиданно. Для микроэлектроники не учесть такое различие - просто катастрофа.
Например, тонкая пленка из полупроводника может иметь совершенно другие физические свойства, нежели сам полупроводник с усредненными параметрами.
Итог простой. Всегда требуется дополнительное изучение свойств в микро и нано объемах, даже если материал давно уже известен науке. Изделие может продемонстрировать самые неожиданные свойства, которые не были присущи основному материалу и в итоге могут произойти самые интересные события уже с готовым изделием.
------------
Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.
-------------
Советую также прочитать на нашем канале:
-----
