Anisotropi

Glødetråden fra en plasmalampe viser plasmas anisotropiske karakter.

Anisotropi er et begreb, der anvendes i forskellige videnskabelige discipliner for at angive, at visse egenskaber ved stof (f.eks. et materiale eller stråling) varierer med den retning, hvorfra de måles. Hvis f.eks. et materiales brydningsindeks eller densitet er forskellig, når den måles langs forskellige akser, siges denne egenskab at være anisotropisk. Anisotropi er det modsatte af isotropi, et udtryk, der anvendes, når egenskaberne er de samme, når de måles fra alle retninger.

Undersøgelsen af egenskaber, hvad enten de er isotrope eller anisotrope, kan give en masse nyttige oplysninger. For eksempel kan den anisotrope passage af elektromagnetisk stråling gennem et krystal hjælpe med at afsløre krystallens indre struktur. Brugen af materialer i byggeprojekter nyder godt af viden om, at styrken af hvert materiale varierer afhængigt af dets orientering. De anisotropier, der er påvist i den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling, understøtter Big Bang-teorien om universets oprindelse. Måling af anisotropi i seismiske data kan give oplysninger om jordens indre processer og mineralogi. Anisotropi er også nyttig inden for medicin, f.eks. til ultralydsafbildning.

Materialevidenskab og -teknik

Varmeledning af varme i forskellige materialer er almindeligvis anisotropisk. De materialer, der anvendes til at overføre og udlede varme fra varmekilden i elektronik, er ofte anisotrope. I modsætning hertil leder nogle materialer varme på en måde, der er isotropisk – dvs. uafhængig af den rumlige orientering omkring varmekilden.

Stivheden af et materiale er ofte anisotropisk. Young-modulet (som måler stivheden) afhænger af belastningens retning.

Mange krystaller er anisotrope over for lys (optisk anisotropi) og udviser egenskaber som f.eks. dobbeltfringence. Krystaloptik beskriver lysets udbredelse i krystaller. En anisotropiakse er defineret som den akse, langs hvilken isotropien er brudt (eller en symmetriakse, f.eks. normal til krystallinske lag). Nogle materialer har flere sådanne optiske akser.

I polykrystallinske materialer kan anisotropi skyldes visse teksturmønstre, der er produceret under fremstillingen af materialet. I tilfælde af valsning produceres der “stringers” af tekstur i valsningsretningen, hvilket kan føre til vidt forskellige egenskaber i valsnings- og tværgående retning.

Somlige materialer, f.eks. træ og fiberforstærkede kompositter, er meget anisotrope, idet de er meget stærkere langs med årerne/fibrene end på tværs af dem. Metaller og legeringer har en tendens til at være mere isotrope, selv om de undertiden kan udvise en betydelig anisotropisk adfærd. Dette er især vigtigt i processer som f.eks. dybtrækning af metaller.

Kosmologi

Dette billede, der stammer fra data indsamlet af Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), viser ekstremt små anisotropier i den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling.

Kosmologer bruger udtrykket anisotropi til at beskrive små temperatursvingninger i den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling. Karakteren af denne stråling understøtter Big Bang-teorien om universets oprindelse.

Fysik

I fysikken kan udtrykket anisotropi anvendes i forskellige tilfælde. For eksempel kan udtrykket bruges til at angive, at et plasma har et magnetfelt, der er orienteret i en foretrukken retning, eller at plasmaet viser “filamentering”, som det er tilfældet med lyn eller en plasmalampe.

Et flydende krystal er et eksempel på en anisotropisk væske. En sådan væske har en normal væskes flydeevne, men har også en gennemsnitlig strukturel ordening af molekylerne. Vand og kloroform indeholder derimod ingen strukturel ordening af deres molekyler.

Geologi

Seismisk anisotropi er variationen af den seismiske bølges hastighed med retningen. Det er en indikator for langtrækkende orden i et materiale, hvor træk, der er mindre end den seismiske bølgelængde (såsom krystaller, revner, porer, lag eller indeslutninger), har en dominerende retning. Der er blevet påvist betydelig seismisk anisotropi i Jordens skorpe, kappe og indre kerne. Måling af virkningerne af anisotropi i seismiske data kan give vigtige oplysninger om processer og mineralogi i Jorden.

Geologiske formationer med tydelige lag af sedimentært materiale kan udvise elektrisk anisotropi: Den elektriske ledningsevne i én retning (f.eks. parallelt med et lag) kan være forskellig fra den elektriske ledningsevne i en anden retning (f.eks. vinkelret på laget). Denne egenskab anvendes af gas- og olieefterforskningsindustrien til at identificere kulbrinteholdigt sand i sekvenser af sand og skifer. Sandholdige kulbrinteholdige aktiver har høj resistivitet (lav ledningsevne), mens skifer har lavere resistivitet. Instrumenter til vurdering af formationer måler denne ledningsevne/resistivitet, og resultaterne bruges til at hjælpe med at finde olie- og gasboringer.

Computergrafik

I computergrafikken er en anisotropisk overflade en overflade, der ændrer udseende, når den roteres om sin geometriske normal, som det er tilfældet med fløjl.

Anisotropisk filtrering (AF) er en metode til at forbedre billedkvaliteten af teksturer på overflader, der ligger langt væk og er stejlt vinklet i forhold til synspunktet. Ældre teknikker, såsom bilineær og trilineær filtrering, tog ikke hensyn til den vinkel, hvorfra en overflade ses, hvilket resulterede i sløring af teksturer. Ved at reducere detaljerne i én retning mere end i en anden kan disse virkninger reduceres.

Anisotropisk filtrering i computergrafik skal ikke forveksles med et “kemisk anisotropisk filter”, som bruges til filtrering af partikler og har en anden betydning. Udtrykket bruges til at beskrive et filter med stadig mindre interstitielle rum i filtreringsretningen, således at større partikler filtreres fra før de mindre. Denne type filter resulterer i større gennemstrømning og mere effektiv filtrering.

Mikrofabrikation

Mikrofabrikationsprocesser anvender anisotropiske ætsningsteknikker (f.eks. dyb reaktiv ionætsning) til at skabe veldefinerede mikroskopiske træk med et højt aspektforhold. Disse funktioner anvendes ofte i MEMS og mikrofluidiske enheder, hvor anisotropien i funktionerne er nødvendig for at give enheden de ønskede optiske, elektriske eller fysiske egenskaber.

Medicin

Anisotropi er også nyttig til medicinsk ultralydsafbildning. Når transducerens vinkel ændres, kan det konstateres, at echogeniteten af blødt væv (f.eks. sener) ændres.

I diffusionstensorafbildning kan anisotropiændringer indikere diffusionsændringer af vand i hjernen, især i den hvide substans.

• Babuska, V., og M. Cara. 2001. Seismisk anisotropi i jorden. Modern Approaches in Geophysics. Dordrecht, Nederlandene: Kluwer Academic. ISBN 079231323216

• Kocks, U.F., C.N. Tomé, og H.-R. Wenk. 2001. Texture and Anisotropy. New Ed ed. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 052179420X

• Newnham, Robert E. 2005. Materials of Properties: Anisotropi, symmetri, struktur. New York: Oxford University Press. ISBN 0198520751

• Truszkowski, Wojciech. 2001. Den plastiske anisotropi i enkeltkrystaller og polykrystallinske metaller. Dordrecht, Nederlandene: Kluwer Academic. ISBN 0792368398

Alle links hentet den 22. marts 2016.

• Wilkinson Microwave Anisotropy Probe NASA.
• Anisotropi og isotropi NDT Resource Center.