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低角晶界與高角晶界的神秘：它們之間有什麼驚人的差異？
在材料科學中，晶界是多晶材料中兩個晶粒或結晶體之間的界面。晶界是一種二維缺陷，對材料的電導率和熱導率有著明顯的降低影響。許多晶界是腐蝕的首選位置，並且它們也是固體中新相沉澱的主要場所。此外，晶界還與許多蠕變機制有關。然而，晶界也會破壞位錯在材料中的運動，因此，減小晶粒尺寸是一種常見的提高機械強度的方式，這一關係被稱為Hall-Petch關係。
低角晶界（LAGB）和高角晶界（HAGB），在晶格錯位的程度上，兩者有著根本的差異。
根據晶粒間的錯位程度，晶界可以分為低角晶界（錯位小於約15度）和高角晶界（錯位大於約15度）。通常，低角晶界由位錯陣列組成，其性質和結構與錯位的程度有關。而高角晶界的性質通常獨立於錯位的程度，這與材料的類型有關。相關的“特特殊界面”具有顯著低於一般高角晶界的介面能量。
浪潮的形成，簡單來說，涉及到的邊界可能是傾斜邊界，其中旋轉軸與邊界面平行。這可以被視為由於某些外力而彎曲的連續晶粒。插入位錯能夠減少晶格的彈性彎曲所伴隨的能量，使得這些位錯能保持兩側的持久錯位。隨著晶粒的進一步彎曲，為了適應變形，會引入越來越多的位錯，最終形成低角晶界。
與低角晶界相比，高角晶界更為無序，並且有著較大的不匹配區域和相對開放的結構。
事實上，早期科學家們曾認為高角晶界可能是一種非晶或液體層，但後來隨著電子顯微鏡的發展，直接觀察到的晶界結構推翻了這一假設。現在公認的觀點是，邊界由結構單元組成，其依賴於兩晶粒的錯位程度及介面平面的性質。
晶界的能量和它的行為是非常複雜的。低角界的能量隨著相鄰晶粒之間的錯位程度而變化，當錯位達到高角界狀態時，能量會更高。對於高角界，則更多地依賴於原子結構和其物理化學binding特性。部分研究結果顯示，低Σ的簡單關係可能會誤導人們對於晶界能量的理解，而應該採取更全面的方式來探索這些變化來自於結構和化學的背景。
晶界是污染物富集的偏好位置，其形成的厚膜可以顯著改變材料的性能。
如同晶界的能量一樣，晶界的過量體積（Excess Volume）是另一重要特徵。過量體積是指由於晶界的存在而產生的擴展程度，這種程度與污染物的分佈和晶界的性質密切相關。隨著科學技術進步，尤其是對奈米材料的觀察與分析，研究者發現過量體積與基材的各種性能（如機械性質與電性質）之間的關係非常複雜。
晶界的遷移過程對於再結晶和晶粒增長具有重要影響，特別是低角晶界（LAGB）的運動將顯著影響回復過程。這一過程通常受壓力影響，邊界的移動速度通常與壓力成正比。整體上，低角晶界的移動速度相比高角晶界則顯示出較低的流動性，主要是基於含有位錯的結構，隨著變形的進行，這種結構必須承受來自周圍的壓力。
高角晶界的結構決定了原子的轉移能力，而這取決於晶粒之間的化學成分和溫度。
近年來的研究表明，低角和高角晶界的移動都會受到粒子的影響，例如Zener鎖定現象的影響，這一現象也是商業合金在熱處理過程中常被利用來最小化或防止再結晶或晶粒增長的技術。結合當前對於晶界複合結構的理解，晶界不再被視為簡單的界面，而是一種能夠影響材料性能的多變層，提供了許多新的研究方向。
最後，晶界的性質及其對材料性能的影響正在逐漸被探索並表現出複雜的行為，這不禁讓人思考：未來的材料科學會如何深刻改變我們對於晶界的認識與應用？
