各向異性:材料在各方向的力學和物理性呈現差異的特性-中文百科頻道

定義概念

晶體的各向異性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不盡相同，由此導緻晶體在不同方向的物理化學特性也不同，這就是晶體的各向異性。

晶體的各向異性具體表現在晶體不同方向上的彈性膜量、硬度、熱膨脹系數、導熱性、電阻率、電位移矢量、電極化強度、磁化率和折射率等都是不同的。各向異性作為晶體的一個重要特性具有相當重要的研究價值。常用密勒指數來标志晶體的不同取向。

基本性質

各向異性，亦稱“非均質性”。物體的全部或部分物理、化學等性質随方向的不同而各自表現出一定的差異的特性。即在不同的方向所測得的性能數值不同。

特殊各向異性

各向同性

物體内部存在無限多個對稱軸時，任意方向上的性質均相同，在整個介質内部均不具有方向性，這樣的性質稱為各向同性。例如幾何學中常用的簡單均質球體即為各向同性體。

各向同性既可以看做是各向異性的對立性質，也可以看做是各向異性的特殊情況。

橫觀各向同性

當物體内部存在一個對稱軸時，在垂直于對稱軸的平面内（橫觀方向）物體的性質在各個方向都相同，也就是說不具有方向性，這樣的性質稱為橫觀各向同性。橫觀各向同性介質内的各向同性面都相互平行。

彈性各向異性

在地震學研究中，地震各向異性指的是在地震波場的尺度上任何包含内部結構（旋回性薄互層或定向排列的裂隙）的均勻性材料，其彈性特征随方向發生變化。通常是指平行于地層面的速度與垂直于地層面的速度之間的差别。

地震學家根據晶體對稱性的分類體系，按照地下介質中波動物理可實現的對稱性，将實際地球介質各向異性基本對稱性分為10類，主要表現為彈性系數矩陣的差異，分别為：

三斜各向異性介質、單斜各向異性介質、正交各向異性介質、三方各向異性介質Ⅰ、三方各向異性介質Ⅱ、四方各向異性介質Ⅰ、四方各向異性介質Ⅱ、六方各向異性介質（TI介質）、立方各向異性介質、各向同性介質。

其中六方各向異性介質又稱為橫向各向同性（Transverse Isotropy）介質，是地球介質中最為常見的各向異性介質，也是地震勘探中使用最廣的介質。

由于TI介質具有一個無限次的對稱軸，表現出一定程度上的各向同性性質，所以它的這種性質被稱為弱各向異性。具有垂直對稱軸的TI介質稱為VTI介質，具有水平對稱軸的TI介質稱為HTI介質，HTI介質可以看成是VTI介質的對稱軸旋轉90°得到的。

地下岩石的地震各向異性成因主要來源于三個方面：固有各向異性、裂隙誘導各向異性和長波長各向異性。

固有各向異性是由岩石的固有結構和特性産生的，其形成的物理機制包括晶體各向異性、直接應力作用導緻各向異性和岩性各向異性。片狀礦物顆粒及裂隙平行于地層排列而使垂直于和平行于地層的物理性質不同表現為微觀各向異性，長波長各向異性使所觀測的地質體中薄層的物性顯著區别于其他部分則表現為宏觀各向異性。

各向異性介質中橫波和縱波的振動方向不再與彈性波的傳播方向正交，而是有一定的交角，這時在介質中有三種體波傳播，準縱波（qP波）、準橫波（qS波）和純橫波(SH波)。橫波在各向異性介質中遇到裂隙會發生橫波分裂，分裂為快橫波和慢橫波。

電各向異性

電各向異性主要指電阻率在地下介質中各個方向上的不同，通常由電阻率各向異性系數表示。電阻率各向異性系數是指垂直于地層測得的電阻率與平行測得的電阻率比值的平方根，它的值常在1與2之間。

岩石中激發極化的各向異性小于電阻率的各向異性。在片理狀岩石中，平行于片理的真電阻率小于垂直于片理的真電阻率。

各向異性材料

晶體

晶體的各向異性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不盡相同，由此導緻晶體在不同方向的物理化學特性也不同。

晶體的各向異性具體表現在晶體不同方向上的彈性模量、硬度、斷裂抗力、屈服強度、熱膨脹系數、導熱性、電阻率、電位移矢量、電極化強度、磁化率和折射率等都是不同的。各向異性作為晶體的一個重要特性具有相當重要的研究價值。常用晶向來标志晶體内的不同取向。

晶體礦物學中物理上可實現的各向異性對稱系統有8個，即三斜晶系、單斜晶系、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。以立方晶系為例，晶體的<100>晶向族為快速凝固方向，物質會沿此方向優勢排列。此外晶體内原子排列的各向異性有時在宏觀上也會有所表現，例如石英晶體的柱狀生長形态。

晶體内部由原子組成的晶面是不能直接觀測到的，因此需要借助于其他光學手段。檢測晶體内部結構常用的方法為衍射技術，分為X射線衍射技術和電子衍射技術，常用的儀器為掃描電鏡。

木材

木材因含水量減少引起體積收縮之現象叫作幹縮，幹縮也叫作“木材各向異性”。木材在構造上是一種非均一的有機體，既具有向異性，又具有多孔性。木材的這種性質，是由構成木材細胞的形狀、構造和排列方式造成的。

例如從纖維飽和點降到含水率0%時，順紋幹縮甚小，為0.1~0.3%，橫紋徑向幹縮為3.66%，弦向幹縮最大竟達9.63%，體積幹縮為13.8%，所以當木材紋理不直不勻，表面和内部水分蒸發速度不一緻，各部分幹縮程度不同時，就出現彎、扭等不規則變形、幹縮不勻就會出現裂縫。

導電膠

各向異性導電膠（ACA，Anisotropic Conductive Adhesive）是一種隻在一個方向導電，而在其他方向電阻很大或幾乎不導電的特殊導電膠。主要用于電子零件制造和裝配過程，已逐漸成為綠色環保電子封裝材料的主流。

ACA在X、Y軸方向上導電填料的體積分數很小，因導電填料密度小而無法形成連續的導電通道，故在這兩個方向上是不導電的，需要通過沿Z軸方向施加一定的壓力來實現Z軸方向上的導電。

ACA主要分為兩種基本類型：一種是膜狀各向異性導電膠（ACF，AnisotropicConductiveFilms），也稱為各向異性導電膜；另一種是膏狀各向異性導電膠（ACP，AnisotropicConductivePastes）。這兩種導電膠的主要區别在于，ACF在工藝實施前就具有各向異性導電性，ACP則需要通過一定的工藝過程才能體現出各向異性導電性。