各向异性是指物质的全部或部分化学、物理等性质随着方向的改变而有所变化,在不同的方向上呈现出差异的性质。各向异性是材料和介质中常见的性质,在尺度上有很大差异,从晶体到日常生活中各种材料,再到地球介质,都具有各向异性。值得注意的是,各向异性与非均匀性是从两个不同的角度对物质进行的描述,不可等同。
- 中文名
- 各向异性
- 外文名
- anisotropy/aeolotropism
- 别 名
- 有向性
- 适用领域
- 物理学
- 应用学科
- 物理学
- 相反性质
- 各向同性
当物体内重兰殃部存在一个对称轴时,在垂直于对称轴的平面内(横观方向)物体的辨欠整性质在各个方向都相同,也就是说不店辣具有方向性,这样的性质称为横观各向同性肯纸。横观各向同性介质内的各向同性面都相互辩汗兆艰平行。 [1]
物体内部存在无限多个对称轴时,任意方向上的性质均相同,在整个介质内部均不具有方向性,这样的性质称为各向同性。例如几何学乐棵邀敬拳中常用的简狼埋员单均质球体即为各向同性体。各向同性既可以看做是各向异性的对立性质,也可以看做是各向异性的特殊情况。
晶体的各向异性具体表现在晶体不同方向上的弹性模量、硬度、断裂抗力、屈服强度、热膨胀系数、导热性、电阻率、电位移矢量、电极化强度、磁化率和折射率等都是不同的。各向异性作为晶体的一个重要特性具有相当重要的研究价值。常用晶向来标志晶体内的不同取向。
晶体矿物学中物理上可实现的各向异性对称系统有 8 个,即三斜晶系、单斜晶系、斜方晶系、正方晶系、三方晶系、六方晶系、立方晶系和各向同性晶系。 [2]以立方晶系为例,晶体的<100>晶向族为快速凝固方向,物质会沿此方向优势排列。此外晶体内原子排列的各向异性有时在宏观上也会有所表现,例如石英晶体的柱状生长形态。
各向异性导电胶(ACA,Anisotropic Conductive Adhesive)是一种只在一个方向导电,而在其他方向电阻很大或几乎不导电的特殊导电胶。主要用于电子零件制造和装配过程,已逐渐成为绿色环保电子封装材料的主流。
ACA主要分为两种基本类型:一种是膜状各向异性导电胶(ACF,AnisotropicConductiveFilms),也称为各向异性导电膜;另一种是膏状各向异性导电胶(ACP,AnisotropicConductivePastes)。这两种导电胶的主要区别在于,ACF在工艺实施前就具有各向异性导电性,ACP则需要通过一定的工艺过程才能体现出各向异性导电性。 [3]
常见的多晶陶瓷如氧化铝陶瓷、钽钛系陶瓷、铌钛系陶瓷和铌钽系陶瓷等的介电性都具有明显的各向异性。 改性![](https://bkimg.cdn.bcebos.com/formula/81f052482393c9c84ea4de3931d574c1.svg)
压电陶瓷是一种新型的强各向异性的功能性陶瓷,其介电性、压电性和弹性等物理性质都表现出明显的各向异性,同时,用以表征晶体的弹性性能与介电性能之间耦合程度的机电耦合系数K也具有各向异性。 [4]这种改性压电陶瓷不仅强度高、晶粒细,而且具有居里温度高、介电常数低、压电特性优良、温度稳定性好的优点,是制作高温高频器件、超声探头换能器、水声换能器以及声表面波器件的理想材料。 [5]
对于地下介质来说,各向异性是普遍存在的。地球物理中应用的各向异性有时仅限于观测到的“视各向异性”,以与晶体里具有的点各向异性相区别。
在地震学研究中,地震各向异性指的是在地震波场的尺度上任何包含内部结构(旋回性薄互层或定向排列的裂隙)的均匀性材料,其弹性特征随方向发生变化。 [6]通常是指平行于地层面的速度与垂直于地层面的速度之间的差别。
地震学家根据晶体对称性的分类体系,按照地下介质中波动物理可实现的对称性,将实际地球介质各向异性基本对称性分为 10 类,主要表现为弹性系数矩阵的差异,分别为:
单斜各向异性介质、
正交各向异性介质、
三方各向异性介质Ⅰ、
三方各向异性介质Ⅱ、
四方各向异性介质Ⅰ、
四方各向异性介质Ⅱ、
六方各向异性介质( TI 介质)、
立方各向异性介质、
其中六方各向异性介质又称为横向各向同性(Transverse Isotropy)介质,是地球介质中最为常见的各向异性介质,也是地震勘探中使用最广的介质,由于TI 介质具有一个无限次的对称轴,表现出一定程度上的各向同性性质,所以它的这种性质被称为弱各向异性。 [8]具有垂直对称轴的 TI 介质称为 VTI 介质,具有水平对称轴的 TI 介质称为 HTI 介质, HTI 介质可以看成是 VTI 介质的对称轴旋转 90°得到的。 [9]
地下岩石的地震各向异性成因主要来源于三个方面:固有各向异性、裂隙诱导各向异性和长波长各向异性。固有各向异性是由岩石的固有结构和特性产生的,其形成的物理机制包括晶体各向异性、直接应力作用导致各向异性和岩性各向异性。 [6]片状矿物颗粒及裂隙平行于地层排列而使垂直于和平行于地层的物理性质不同表现为微观各向异性,长波长各向异性使所观测的地质体中薄层的物性显著区别于其他部分则表现为宏观各向异性。
各向异性介质中横波和纵波的振动方向不再与弹性波的传播方向正交,而是有一定的交角,这时在介质中有三种体波传播,准纵波(qP波)、准横波(qS波)和纯横波(SH波)。横波在各向异性介质中遇到裂隙会发生横波分裂,分裂为快横波和慢横波。
深冲压钢的(111)面,深冲压性能
电容器铝箔的(100)面,比电容水平
AIN压电效薄膜 的[001] 方向,高超声波传播速度
InSb磁阻材料的(111)面,灵敏的物理磁阻效应