為什麼物體的尺度越小而強度卻越大

材料強度的尺度效應不能一概而論，但是一般來講來講，材料尺度對它的強度有很大的影響，而材料的尺度又包含宏觀尺度和微觀尺度，宏觀尺度包含材料的幾何形狀的尺度，長、寬、高、缺口的大小等等，微觀尺度包括多晶材料的晶粒（grain）大小，結構材料的單元（Representatice volume cell）的尺度等。我們先將討論的範圍縮小到只考慮宏觀的尺度，只考慮各向同性材料。這樣通常來講，理想的各相同性材料沒有尺度效應，材料的強度應該是不隨大小改變。原因的話我們先從什麼決定材料的強度來説起。首先定義下強度：強度是指材料在失效前能承受的最大應力，理想材料內部沒有缺陷，所以強度作為材料的固有屬性是不會變的，但是為什麼在實際工程材料中，強度為什麼會存在尺度效應呢？這是因為材料不可能完美，總是會有缺陷，而這種在內部結構的缺陷源於材料的製造過程，很明顯這些缺陷會隨着材料的大小而改變。另外這些缺陷的位置也有很大的隨機性，所以材料尺度越小，有缺陷的機會會少，或者這些缺陷的數目也少，從而強度越大。那也許你會問了，那如果我們把材料做到納米尺度，是不是材料強度就很高？答案當然是的。加州理工有個組（Dr. Julia Greer) 就做了這樣的事情，他們的成果近幾年都陸續發表在nature，science上。他們做的很簡單，就是將陶瓷做到納米尺度（5 nm左右），而且材料屬於結構材料，這樣大大提高了材料的強度和其他性能！他們能成功的一個重要原因便是小尺度使得材料接近完美。