各向異性

各向異性是指物質的全部或部分化學、物理等性質隨著方向的改變而有所變化，在不同的方向上呈現出差異的性質。各向異性是材料和介質中常見的性質，在尺度上有很大差異，從晶體到日常生活中各種材料，再到地球介質，都具有各向異性。值得注意的是，各向異性與非均勻性是從兩個不同的角度對物質進行的描述，不可等同。

基本介紹

• 中文名：各向異性
• 外文名：anisotropy/aeolotropism
• 別稱：有向性
• 套用學科：物理學
• 適用領域範圍：物理學
• 適用領域範圍：地球物理學，材料科學，建築工程
• 相反性質：各向同性

特殊各向異性

橫觀各向同性

當物體內部存在一個對稱軸時，在垂直於對稱軸的平面內（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。橫觀各向同性介質內的各向同性面都相互平行。

各向同性

物體內部存在無限多個對稱軸時，任意方向上的性質均相同，在整個介質內部均不具有方向性，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。

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，由此導致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、熱膨脹係數、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。常用晶向來標誌晶體內的不同取向。

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。以立方晶係為例，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。此外晶體內原子排列的各向異性有時在巨觀上也會有所表現，例如石英晶體的柱狀生長形態。

晶體內部由原子組成的晶面是不能直接觀測到的，因此需要藉助於其他光學手段。檢測晶體內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。

各向異性導電膠

各向異性導電膠（ACA，Anisotropic Conductive Adhesive）是一種只在一個方嚮導電，而在其他方向電阻很大或幾乎不導電的特殊導電膠。主要用於電子零件製造和裝配過程，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。

各向異性導電膠的導電方向性

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別在於，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。

多晶陶瓷

常見的多晶陶瓷如氧化鋁陶瓷、鉭鈦系陶瓷、鈮鈦系陶瓷和鈮鉭系陶瓷等的介電性都具有明顯的各向異性。 改性壓電陶瓷是一種新型的強各向異性的功能性陶瓷，其介電性、壓電性和彈性等物理性質都表現出明顯的各向異性，同時，用以表征晶體的彈性性能與介電性能之間耦合程度的機電耦合係數K也具有各向異性。這種改性壓電陶瓷不僅強度高、晶粒細，而且具有居里溫度高、介電常數低、壓電特性優良、溫度穩定性好的優點，是製作高溫高頻器件、超聲探頭換能器、水聲換能器以及聲表面波器件的理想材料。

地球介質

對於地下介質來說，各向異性是普遍存在的。地球物理中套用的各向異性有時僅限於觀測到的“視各向異性”，以與晶體裡具有的點各向異性相區別。

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內部結構（旋迴性薄互層或定向排列的裂隙）的均勻性材料，其彈性特徵隨方向發生變化。通常是指平行於地層面的速度與垂直於地層面的速度之間的差別。

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，將實際地球介質各向異性基本對稱性分為 10 類，主要表現為彈性係數矩陣的差異，分別為：

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，由於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於三個方面：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產生的，其形成的物理機制包括晶體各向異性、直接應力作用導致各向異性和岩性各向異性。片狀礦物顆粒及裂隙平行於地層排列而使垂直於和平行於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別於其他部分則表現為巨觀各向異性。

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係數表示。電阻率各向異性係數是指垂直於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於電阻率的各向異性。在片理狀岩石中，平行於片理的真電阻率小於垂直於片理的真電阻率。

利用

矽鋼的 [100] 方向，磁感應強度

深衝壓鋼的（111）面，深衝壓性能

超導鎳帶的（100）面，超導薄膜的外延生長

電容器鋁箔的（100）面，比電容水平

鐵電薄膜的（001）面，高自發極化和熱釋電係數

AIN壓電效薄膜 的[001] 方向，高超音波傳播速度

InSb磁阻材料的（111）面，靈敏的物理磁阻效應