"介观(mesoscopic)"这个词汇，由Van Kampen于1981年所创，指的是介乎于微观和宏观之间的状态。

• 中文名 介观尺度
• 外文名 mesoscopic
• 创建人 Van Kampen
• 创建时间 1981年

概述

介观尺度

　　介观体系一方面它们有我们熟悉的微观属性，表现出量子力学的特征；可另一方面，它的尺寸又几乎是宏观的。一般来说，宏观体系的特点是物理量具有自平均性：即可以把宏观物体看成是由许多的小块所组成，每一小块是统计独立的，整个宏观物体所表现出来的性质是各小块的平均值如果减小宏观物体的尺寸，只要还是足够大，测量的物理量，例如电导率，和系统的平均值的差别就很小。当体系的尺寸小到一定的程度，不难想象，由于量子力学的规律，宏观的平均性将消失。人们原来一般认为这样的尺寸一般是原子的尺寸大小，或者说晶体中一个晶格的大小，最多不过几个晶格的尺寸大小。但是80年代的研究表明，这个尺度的大小在某些金属中可以达到微米的数量级，并且随着温度的下降还会增加，它已经超出了人们的预料之外，属于宏观的尺大小。

　　因此，介观物理是一个介于宏观的经典物理和微观的量子物理之间的一个新的领域。在这一领域中，物体的尺寸具有宏观大小，但具有那些我们原来认为只能在微观世界中才能观察到的许多物理现象。因而介观物理涉及量子物理、统计物理和经典物理的一些基本问题。在理论上有许多方面有待深入研究。从应用的角度看，介观物理的研究一方面可以给出现有器件尺寸的减小的下限，这时候原来的理论分析方法如欧姆定律已经不再适用；另一方面，新发现的现象为制作新的量子器件也提供了丰富的思想，也许会成为下一代更小的集成电路的理论基础。

应用

　　无论是传导纤维，还是各种仿生膜，乃至微球结构，它们也都处于介观尺度，正是这些尺度效应才赋予具有这些结构的材料各种不同的智能。其中最重要的是纳米尺度的结构。这些结构包括纳米微球、微囊、纳米纤维(导线，导管)、纳米膜、纳米器件(纳米传感器，纳米机械人)等，同时还包括如晶粒结构、液晶结构、晶界结构，这些结构同样对材料的智能化起着极其重要的作用。

　　生物活体在受到损伤时，具有自修复能力，因此我们在设计和构思智能材料时，也希望实现自修复功能。当材料受到损伤，材料内的微孔就有可能扩展成较大的裂缝，裂缝缝尖处形成应力集中，如果在微孔内预埋裂缝扩展时能发生相变的物质或能促进氧化过程的物质，就可能有效地抑制裂纹发展。例如，在钥钢内分散氧化镑粒子，产生裂缝时。在裂缝尖端产生的压缩压力作用下，氧化铁诱发相变，由正方晶系的t相转变为单料晶系的m相，此时体积膨胀，可抑制裂纹发展，使材料的断裂韧性值X1c提高。这类材料中所用分散粒子的粒径为50nm。这是因为从材料损伤的原子水平或原子集团的介观水平来看，裂缝尖端所产生的塑性变形是与原子线缺陷的转位相关，且塑性变形的最小位移为20nm。此点已为扫描隧道显微镜所证实。因此，在考虑上述裂缝的自修复功能设计时，分散的粒子应在20nm左右并相互匹配。另外，在考虑对裂缝尖端氧化膜的修复时，使其形成的膜厚处于纳米尺寸即中介相(mesophase)领域，此时因具有量子尺寸效应，氧化膜可起到抑制裂缝扩展最好的效果。

　　同样在电色材料的研究中，介观纳米尺寸的晶粒及其晶界是构成电色材料优异性能的关键所在。材料在纳米领域的电子状态、化学健合性、物质传递控制和利用等与其智能化相关。胡行方等在高频反应溅射氧化镍电变色薄膜的研究中发现，其电变色性能对沉积条件极为敏感，通过控制其沉积工艺参数，使该薄膜由粒径为5—10nm的氧化镍纳米微粒组成时，则得电变色性能优异的氧化镍薄膜。其高分辨电子显微镜的结构照片显示：每个晶粒都具有清晰的晶格像，另外薄膜中存在大量较为复杂的晶界，由于纳米材料界面具有高扩散系数和在临界尺寸下表现出强烈光吸收等特性，可认为氧化镍纳米多晶微粒的界面在薄膜的变色过程中起着极为重要的作用。而氧化镍薄膜的电变色反应是由于碱金属离子与电子在薄膜中共注入与共抽出导致氧化镍非化学计量绍分(氧化态)变化的结果，涉及离子注入和拍出的薄膜漂白和着色过程是一个在电场驱动下离子沿晶界的扩散过程。而薄膜中纳米微粒界面连通则形成离子迁移通道。此氧化镍电变色薄膜纳米结构研究为介观尺度在智能材料的开发提供了思路。