Границы зерен, состоящие всего из нескольких атомных слоев, определяют большинство ключевых свойств материала:
Механические свойства: Границы зерен действуют как естественные барьеры для скольжения дислокаций. Более мелкие зерна с большим количеством границ зерен обеспечивают более высокую прочность материала, которая описывается классическим механизмом упрочнения зерна Холла-Петча.
Диффузия и массовый транспорт: При больших атомных зазорах на границах зерен скорость диффузии в несколько раз выше, чем внутри зерен. Процессы массопереноса, такие как уплотнение при спекании, высокотемпературная цементация и деформация ползучести, преимущественно происходят по границам зерен.
Коррозия и стабильность: Границы зерен с высокой энергией обладают высокой химической активностью, что делает их уязвимыми для коррозии и разрушения. Они также служат основными зонами разделения элементов. Обогащение вредных элементов вызывает охрупчивание границ зерен, а сегрегация полезных элементов может закрепить границы зерен и улучшить стабильность материала.
Электрическая проводимость: Электроны рассеиваются на неупорядоченных границах зерен; большее количество границ зерен приводит к более высокому электрическому сопротивлению. Для керамических электролитов в твердотельных батареях область зернограничного пространственного заряда является критическим узким местом для повышения ионной проводимости.