Anisotropie

De gloeidraad van een plasmalamp wijst op de anisotrope aard van plasma’s.

Anisotropie is een term die in verschillende wetenschappelijke disciplines wordt gebruikt om aan te geven dat bepaalde eigenschappen van materie (zoals een materiaal of straling) variëren met de richting van waaruit zij worden gemeten. Als bijvoorbeeld de brekingsindex of de dichtheid van een materiaal verschillend is wanneer die langs verschillende assen wordt gemeten, wordt gezegd dat die eigenschap anisotroop is. Anisotropie is het tegendeel van isotropie, een term die wordt gebruikt wanneer de eigenschappen gelijk zijn wanneer ze vanuit elke richting worden gemeten.

Het onderzoek van eigenschappen, of ze nu isotroop of anisotroop zijn, kan veel nuttige informatie opleveren. Zo kan de anisotrope doorgang van elektromagnetische straling door een kristal helpen de inwendige structuur van het kristal te onthullen. Het gebruik van materialen in bouwprojecten is gebaat bij kennis over de sterkte van elk materiaal, die varieert naar gelang van de oriëntatie. De anisotropieën die zijn waargenomen in de kosmische microgolf-achtergrondstraling ondersteunen de oerknaltheorie voor het ontstaan van het heelal. De meting van anisotropie in seismische gegevens kan informatie opleveren over de interne processen en mineralogie van de aarde. Anisotropie is ook nuttig in de geneeskunde, zoals bij echografie.

Materialenwetenschap en -techniek

De geleiding van warmte door verschillende materialen is gewoonlijk anisotroop. De materialen die worden gebruikt om warmte van de warmtebron in elektronica over te brengen en af te voeren, zijn vaak anisotroop. Sommige materialen daarentegen geleiden warmte op een manier die isotroop is, d.w.z. onafhankelijk van de ruimtelijke oriëntatie rond de warmtebron.

De stijfheid van een materiaal is vaak anisotroop. De modulus van Young (die de stijfheid meet) hangt af van de richting van de belasting.

Veel kristallen zijn anisotroop voor licht (optische anisotropie), en vertonen eigenschappen zoals birefringentie. Kristaloptiek beschrijft de voortplanting van licht in kristallen. Een as van anisotropie wordt gedefinieerd als de as waarlangs isotropie wordt doorbroken (of een symmetrie-as, zoals normaal aan kristallijne lagen). Sommige materialen hebben meerdere van dergelijke optische assen.

In polykristallijne materialen kan anisotropie het gevolg zijn van bepaalde textuurpatronen die tijdens de fabricage van het materiaal ontstaan. In het geval van walsen, worden “stringers” van textuur geproduceerd in de richting van het walsen, wat kan leiden tot sterk verschillende eigenschappen in de wals- en de dwarsrichting.

Sommige materialen, zoals hout en vezelversterkte composieten, zijn zeer anisotroop, en zijn veel sterker langs de korrel/vezel dan er dwars doorheen. Metalen en legeringen neigen meer isotroop te zijn, hoewel zij soms aanzienlijk anisotroop gedrag kunnen vertonen. Dit is vooral belangrijk bij processen zoals het dieptrekken van metalen.

Cosmologie

Deze afbeelding, uit gegevens verzameld door de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), toont uiterst kleine anisotropieën in de kosmische microgolf-achtergrondstraling.

Cosmologen gebruiken de term anisotropie om kleine temperatuurschommelingen in de kosmische microgolf-achtergrondstraling aan te duiden. De aard van deze straling ondersteunt de oerknaltheorie voor het ontstaan van het heelal.

Fysica

In de fysica kan de term anisotropie in verschillende gevallen worden toegepast. Zo kan de term worden gebruikt om aan te geven dat een plasma een magnetisch veld heeft dat in een voorkeursrichting is georiënteerd, of dat het plasma “gloeidraadvorming” vertoont, zoals in het geval van bliksem of een plasmalamp.

Een vloeibaar kristal is een voorbeeld van een anisotrope vloeistof. Zo’n vloeistof heeft de vloeibaarheid van een normale vloeistof, maar heeft ook een gemiddelde structurele ordening van de moleculen. Water en chloroform daarentegen hebben geen structurele ordening van hun moleculen.

Geologie

Seismische anisotropie is de variatie van de seismische golfsnelheid met de richting. Het is een indicator van lange-afstandsorde in een materiaal, waar kenmerken kleiner dan de seismische golflengte (zoals kristallen, scheuren, poriën, lagen, of insluitsels) een dominante uitlijning hebben. Significante seismische anisotropie is waargenomen in de aardkorst, de aardmantel en de binnenkern. Het meten van de effecten van anisotropie in seismische gegevens kan belangrijke informatie opleveren over processen en mineralogie in de aarde.

Geologische formaties met afzonderlijke lagen sedimentair materiaal kunnen elektrische anisotropie vertonen: Het elektrisch geleidingsvermogen in één richting (zoals evenwijdig aan een laag) kan verschillen van dat in een andere richting (zoals loodrecht op de laag). Deze eigenschap wordt door de gas- en olie-exploratie-industrie gebruikt om koolwaterstofhoudende zanden in opeenvolgingen van zand en schalie te identificeren. Zandhoudende koolwaterstoffen hebben een hoge weerstand (laag geleidingsvermogen), terwijl leisteen een lager geleidingsvermogen heeft. De instrumenten van de formatieevaluatie meten dit geleidingsvermogen/resistiviteit, en de resultaten worden gebruikt om olie en gasbronnen te helpen vinden.

Computer graphics

In het gebied van computer graphics, is een anisotroop oppervlak er een dat in verschijning verandert wanneer het om zijn geometrische normaal wordt geroteerd, zoals het geval is met fluweel.

Anisotroop filteren (AF) is een methode om de beeldkwaliteit te verbeteren van texturen op oppervlakken die ver weg zijn en een steile hoek maken ten opzichte van het gezichtspunt. Oudere technieken, zoals bilineaire en trilineaire filtering, hielden geen rekening met de hoek van waaruit een oppervlak wordt bekeken, wat resulteerde in de onscherpte van texturen. Door details in de ene richting meer te verminderen dan in de andere, kunnen deze effecten worden verminderd.

Anisotrope filtering in computer graphics moet niet worden verward met een “chemisch anisotroop filter,” dat wordt gebruikt voor het filteren van deeltjes en een andere betekenis heeft. Deze term wordt gebruikt om een filter aan te duiden met steeds kleinere tussenruimten in de richting van de filtratie, zodat grotere deeltjes worden uitgefilterd vóór de kleinere. Dit type filter resulteert in een grotere doorstroming en een efficiëntere filtratie.

Microfabricage

Microfabricageprocessen maken gebruik van anisotrope etstechnieken (zoals Deep reactive ion etching) om goed gedefinieerde microscopische kenmerken met een hoge aspect ratio te creëren. Deze eigenschappen worden algemeen gebruikt in MEMS en microfluidic apparaten, waar de anisotropie van de eigenschappen nodig is om gewenste optische, elektrische, of fysische eigenschappen aan het apparaat te verlenen.

Medicine

Anisotropie is ook nuttig voor medische ultrasone beeldvorming. Wanneer de hoek van de transducer wordt veranderd, kan de echogeniciteit van zachte weefsels (zoals pezen) blijken te veranderen.

In diffusie tensor imaging, kunnen anisotropieveranderingen wijzen op diffusieveranderingen van water in de hersenen, met name in de witte stof.

• Babuska, V., and M. Cara. 2001. Seismische anisotropie in de aarde. Moderne benaderingen in de geofysica. Dordrecht, Nederland: Kluwer Academic. ISBN 0792313216

• Kocks, U.F., C.N. Tomé, and H.-R. Wenk. 2001. Textuur en anisotropie. Nieuwe ed. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 052179420X

• Newnham, Robert E. 2005. Eigenschappen van materialen: Anisotropie, Symmetrie, Structuur. New York: Oxford University Press. ISBN 0198520751

• Truszkowski, Wojciech. 2001. The Plastic Anisotropy in Single Crystals and Polycrystalline Metals. Dordrecht, the Netherlands: Kluwer Academic. ISBN 0792368398

Alle links opgehaald 22 maart 2016.

• Wilkinson Microwave Anisotropy Probe NASA.
• Anisotropie en Isotropie NDT Resource Center.