材料如何演变：一个有「缺陷」的故事

香港城市大学（城大）材料科学及工程学系系主任兼讲座教授David Srolovitz教授于3月20日主持「校长讲座系列：学术荟萃」。他在这场精彩演讲中指出，材料科学是善用材料的艺术，而巧用晶体缺陷是关键。

出席讲座者包括城大及其他院校的学者；因应新型冠状病毒疫情，讲座亦提供网上直播。在问答环节，数名来自不同国家和地区的与会者向讲者实时提问。

Srolovitz教授兼任机械工程学系和物理学系讲座教授，以及香港高等研究院资深院士。他说：「我们认识到从原子尺度到连续尺度的一类微观结构演变，这亦令材料研究在科学层面上饶富趣味。」

Srolovitz教授在演讲中说，很多材料性能取决于其比原子及电子更大的结构规模（即微观结构），控制微观结构的演变是材料科学面对的一大困难。

他提出了数个要点，其一为「晶体缺陷」，是指晶体的周期性排序受干扰，而非指物体断裂。他说：「缺陷是所有材料的固有属性；『微观结构』指缺陷的空间排列。材料科学家可操控晶体缺陷如何形成、移动和排列。」

他又指，材料科学家旨在认识事物运作的基本机制（缺陷移动／微观结构形成）；材料工程师的角色则是将这种认识转化成制作材料的方式，以供应用。他说：「材料科学家亦可控制材料组成，这是另一个关键。」

Srolovitz教授指出，在应用层面，材料对多种行业都很重要，因为对所有工程系统而言，材料既可令系统运作，亦能造成限制。

以航空航天工程的应用为例，材料能在极高温度下保持高强度，亦能制成较佳的涡轮叶片供喷射引擎使用，可借此提高引擎效率、降低燃油消耗、减少飞行时须携带的燃油，及减轻结构重量，提高飞行效率。

对于微电子学，材料科学帮助提升其效率（令其运作得更快）及可令其基本组件更紧密结合，亦即愈来愈小的芯片产生更多热。能否提升效率，取决于我们制造和运用愈趋细小（运作愈趋快速）的微电子的能力；而这取决于如何制造接近原子规模特征的设备，及如何让芯片散热令其不熔化。

他称：「这些都是材料学要解决的问题，考验我们控制缺陷的能力。」