提起缺陷，很多材料行業的人都深惡痛絕，很多材料就是因為缺陷的存在，導致實際強度遠弱于理論強度。但是，最近萊斯大學的科研人員們發現，缺陷并不是人們直覺以為那樣，都是對材料有害的，他們發現利用缺陷這種材料的弱點反而可以加強材料！

    螺型位錯打亂了雪硅鈣石（天然形成、類似于水泥的成分水化硅酸鈣的結晶質）中的原子排布。萊斯大學的科學家們通過雪硅鈣石的模擬來研究位錯如何緩解材料所受壓力。

    混凝土并不是塑料，但小尺度的塑性可以提高混凝土的性能，尤其是當這種全世界最常用的材料在硬化后需要持續受壓，時間長達數十年甚至百年。現在萊斯大學的科學家已經很接近事實的真相了。萊斯大學的材料學家Shahsavari對雪硅鈣石（天然形成類似于水化硅酸鈣的結晶質）進行原子尺度的計算分析。他們希望通過研究雪硅鈣石的內部結構來提高混凝土的強度、硬度以及壓力下的變形能力。

    雪硅鈣石是古羅馬人所用混凝土的關鍵成分，它會形成層狀結構像折疊紙堆將顆粒固化在一起。這些顆粒中所含有螺位錯和剪切缺陷會通過層之間的滑動來降低材料所受壓力。它們會讓層交替滑動很小的距離，這樣就不會讓交錯的缺陷將層狀結構固定住。

    研究者們構建了第一個包含平行或垂直于層結構位錯的雪硅鈣石“超晶胞”模型，并將其應用到分析剪切力上。他們發現無缺陷的雪硅鈣石由于層結構間的水分子有助于層結構的移動從而更容易發生變形。然而對于存在螺型缺陷的顆粒，層結構只能滑移至它們被齒狀位錯固定住之前位置。它們可以交替著向下一層滑移，這樣就可以在不產生裂紋的同時釋放壓力。這種顆粒核心周圍的“步進式缺陷引導滑移”機制可以讓材料延展性更佳且可以自己調整適應壓力。

    “通過這項研究我們發現，不像通常直覺以為的那樣，缺陷就是對材料有害。對于像雪硅鈣石這樣的復雜的層狀晶體結構，它就不是這樣。” Shahsavari這樣給我們說道。“并且，缺陷可以使位錯沿著確定方向慢慢滑動，這樣就可以提高材料的屈服壓力以及硬度。”

    “同時要求高強度與高硬度，尤其后者對于設計混凝土材料至關重要，并且這兩個工程指標是好幾個應用領域急缺的。我們的研究帶給大家的第一個報告就是如何利用貌似弱點的缺陷來達到渴求已久的性能——高強度與高硬度。”

    Shahsavari說希望他的研究可以為提高混凝土等材料的強度、硬度提供設計準則。