Аналогично различаются удельные электрические сопротивления кристаллов вдоль главной оси симметрии r// и перпендикулярно ей r^.
Таблица 2. — Удельное электрическое сопротивление некоторых кристаллов вдоль главной оси симметрии и перпендикулярно ей (1 ом·см = 0,01 ом·м)
Магний r//·106,
ом·см r^
ом·см 3,37 4,54 Цинк 5,83 5,39 Кадмий 7,65 6,26 Олово (белое) 13,13 9,05
При распространении света в прозрачных кристаллах (кроме кристаллов с кубической решёткой) свет испытывает двойное лучепреломление и поляризуется различно в разных направлениях (оптическая А.). В кристаллах с гексагональной, тригональной и тетрагональной решётками (например, в кристаллах кварца, рубина и кальцита) двойное лучепреломление максимально в направлении, перпендикулярном к главной оси симметрии, и отсутствует вдоль этой оси. Скорость распространения света в кристалле v или показатель преломления кристалла n различны в различных направлениях. Например, у кальцита показатели преломления видимого света вдоль оси симметрии n// и перпендикулярно ей n ^ равны: n// = 1,64 и n ^ = 1,58; у кварца: n// = 1,53, n ^ = 1,54.
Механическая А. состоит в различии механических свойств — прочности, твёрдости, вязкости, упругости — в разных направлениях. Количественно упругую А. оценивают по максимальному различию модулей упругости. Так, для поликристаллических металлов с кубической решёткой отношение модулей упругости вдоль ребра и вдоль диагонали куба для железа равно 2,5, для свинца 3,85, для бета-латуни 8,7. Кубические монокристаллы характеризуются тремя главными значениями модулей упругости (табл. 3).
Таблица 3. — Главные значения модулей упругости некоторых кубических кристаллов
Алмаз 95 39 49 Алюминий 10,8 6,2 2,8 Железо 24,2 14,6 11,2
Для кристаллов более сложной структуры (более низкой симметрии) полное описание упругих свойств требует знания ещё большего числа значений (компонент) модулей упругости по разным направлениям, например для цинка или кадмия — 5, а для триглицинсульфата или винной кислоты — 13 компонент, различных по величине и знаку. Об А. магнитных свойств см. подробнее в статье Магнитная анизотропия.
Математически анизотропные свойства кристаллов характеризуются векторами и тензорами, в отличие от изотропных свойств (например, плотности), которые описываются скалярными величинами. Например, коэффициент пироэлектрического эффекта (см. Пироэлектричество) является вектором. Электрическое сопротивление, диэлектрическая проницаемость, магнитная проницаемость и теплопроводность — тензоры второго ранга, коэффициент пьезоэлектрического эффекта (см. Пьезоэлектричество) — тензор третьего ранга, упругость — тензор четвёртого ранга. А. графически изображают с помощью указательных поверхностей (индикатрисс): из одной точки во всех направлениях откладывают отрезки, соответствующие константе в этом направлении. Концы этих отрезков образуют указательную поверхность (рис. 2—5).
Поликристаллические материалы (металлы, сплавы), состоящие из множества кристаллических зёрен (кристаллитов), ориентированных произвольно, в целом изотропны или почти изотропны. А. свойств поликристаллического материала проявляется, если в результате обработки (отжига, прокатки и т. п.) в нём создана преимущественная ориентация отдельных кристаллитов в каком-либо направлении (текстура). Так, при прокатке листовой стали зёрна металла ориентируются в направлении прокатки, в результате чего возникает А. (главным образом механических свойств), например для прокатанных сталей предел текучести, вязкость, удлинение при разрыве, вдоль и поперёк направления проката различаются на 15—20% (до 65%).
Причиной естественной А. является упорядоченное расположение частиц в кристаллах, при котором расстояние между соседними частицами, а следовательно, и силы связи между ними различны в разных направлениях (см. Кристаллы). А. может быть вызвана также асимметрией и определённой ориентацией самих молекул. Этим объясняется естественная А. некоторых жидкостей, особенно А. жидких кристаллов. В последних наблюдается двойное лучепреломление света, хотя большинство других их свойств изотропно, как у обычных жидкостей.
А. наблюдается также и в определённых некристаллических веществах, у которых существует естественная или искусственная текстура (древесина и т. п.). Например, фанера или прессованная древесина вследствие слоистости строения могут обладать пьезоэлектрическими свойствами, как кристаллы. Комбинируя стеклянное волокно с пластмассами, удаётся получить анизотропный листовой материал с прочностью на разрыв до 100 кгс/мм2. Искусственную А. можно также получить, создавая заданное распределение механических напряжений в первоначально изотропном материале. Например, при закалке стекла можно получить в нём А., которая влечёт за собой упрочнение стекла.
Искусственная оптическая А. возникает в кристаллах и в изотропных средах под действием электрического поля (см. Электрооптический эффект в кристаллах, Керра явление в жидкостях), магнитного поля (см. Коттон—Мутона эффект), механического воздействия (см. фотоупругость).
М. П. Шаскольская.
А. широко распространена также в живой природе. Оптическая А. обнаруживается в некоторых животных тканях (мышечной, костной). Так, миофибриллы поперечно исчерченных мышечных волокон при микроскопии кажутся состоящими из светлых и тёмных участков. При исследовании в поляризованном свете эти тёмные диски, как и гладкие мышцы и некоторые структуры костной ткани, обнаруживают двойное лучепреломление, т. е. они анизотропны.
В ботанике А. называется способность разных органов одного и того же растения принимать различные положения при одинаковых воздействиях факторов внешней среды. Например, при одностороннем освещении верхушки побегов изгибаются к свету, а листовые пластинки располагаются перпендикулярно к направлению лучей.
Лит.: Бокий Г. Б., Флинт Е. Е., Шубников А. В., Основы кристаллографии, М.—Л., 1940; Най Дж., Физические свойства кристаллов..., пер. с английского, 2 изд., М., 1967; Волокнистые композиционные материалы, пер. с английского, М., 1967; Дитчберн Р., Физическая оптика, пер. с английского, М., 1965.
Рис. 1. Изменение формы кристаллического шара (пунктир) при нагревании.
Рис. 4. Сечения поверхности модуля кручений (а) и модуля Юнга (б) кристалла кварца; сечение поверхности пьезоэлектрического коэффициента в кварце (в).
Рис. 3. Сечения поверхностей коэффициентов упругости кристалла сегнетовой соли.
Рис. 5. Поверхность коэффициентов разрывной прочности кристалла каменной соли.
Рис. 2. Сечение поверхности скоростей упругих волн кристалла бромистого калия.
Анизотропия магнитная
Анизотро'пия магни'тная, см. Магнитная анизотропия.
Анизотропные материалы
Анизотро'пные материа'лы, материалы, отличающиеся неодинаковыми (механическими, оптическими, магнитными и др.) свойствами по различным направлениям (см. Анизотропия).
К А. м. относятся: кристаллы и монокристаллы, заготовки сплавов и сталей (прокат, штамповки и др.), волокнистые и плёночные материалы, армированные пластики, пьезокварц, графит и др. Большое значение приобретает новый класс А. м. — композиционные материалы, в которых сочетаются свойства различных материалов: наполнителя (сверхпрочные волокна металлов и их окислов, нитевидные кристаллы и др.) и связующего (полимеры и металлы).
Применение А. м. с определённым образом ориентированной неоднородностью свойств позволяет сократить расход материалов и улучшить качество изделий; например, в машиностроении возможно изготовлять детали и конструкции с повышенной прочностью. Трансформаторы с сердечниками из неоднородной по свойствам текстурованной стали, в которой магнитный поток совпадает с направлением наиболее лёгкого намагничивания, весят на 20—40% меньше, чем трансформаторы с сердечниками из обычной горячекатаной стали. Отливка лопаток газотурбинных двигателей с направленной структурой повышает их длительную прочность при высоких температурах на 50%, ударную вязкость в 2—3 раза, увеличивает срок службы в 3—5 раз в сравнении с лопатками, отлитыми обычными методами.
