Izotropia este independența proprietăților fizice ale unui corp de direcția din interiorul acestuia. Dacă astfel de proprietăți fizice ale corpului ca modul de elasticitate, coeficientul de conductivitate termică, indicele de refracție etc. sunt aceleași în toate direcțiile, atunci un astfel de corp va fi izotrop.
Prin anizotropie înțelegem dependența proprietăților unui corp omogen din punct de vedere macroscopic. Corpurile amorfe, lichidele și gazele sunt izotropice. Anizotropia este o caracteristică caracteristică a cristalelor. Dar anizotropia nu poate fi detectată în toate corpurile cristaline, ci numai în cristale unice. Majoritatea corpurilor cristaline care ne înconjoară, de exemplu metalele, sunt policristaline, adică constau dintr-un număr foarte mare de granule cristaline fine, topite împreună, orientate în moduri diferite. Dacă nu există o ordine specifică în orientarea acestor cristale mici, atunci acest corp policristalin va fi izotrop. În cazul în care ordonarea este observată în orientarea granulelor cristaline (și poate apărea cu astfel de metode de prelucrare a metalelor, cum ar fi laminarea, broșarea, desenul), materialul se numește texturat și dezvăluie o anumită anizotropie.
În cazul metalelor policristaline obișnuite, boabele cristaline sunt atât de mici, încât, de regulă, ele sunt discernibile numai atunci când sunt observate într-un microscop. Dar, cu o răcire lentă a topiturii metalice, este posibil să se obțină un lingou cu granulație grosieră, în care boabele cristaline sunt ușor de văzut cu ochiul liber. Dacă aplicăm o metodă specială pentru răcirea topiturii de metal, putem obține probe în care va exista doar un singur granulat de cristal, un cristal. Astfel de probe cu un singur cristal se numesc monocristale.
În natură, există monocristale destul de mari de minerale și, uneori, metale (nuggeturi de aur). Este posibil să se obțină artificial cristale de multe substanțe (inclusiv metale) în mod artificial. Pentru a face acest lucru, trebuie să observăm uneori o tehnologie foarte subțire și destul de complexă.
Un bun exemplu de anizotropie cristal de rezistență mecanică este capacitatea cristalului de mică este ușor scindată în frunze subțiri într-o anumită direcție și să aibă o rezistență suficientă în direcția perpendiculară. Monocristalele unor metale (zinc, bismut, antimoniu), de asemenea, sunt ușor de rupt în anumite planuri. Planul de scindare este o oglindă bună.
Studiile au arătat că cristalele pot avea anizotropia conductivității termice, conductivității electrice, proprietăților magnetice etc.
Anizotropia apare și în proprietățile de suprafață ale cristalelor. De exemplu, coeficientul de tensiune de suprafață pentru fețele cristaline disimulate are o valoare diferită. Atunci când un cristal crește de la topitură sau soluție, aceasta determină o diferență în ratele de creștere ale diferitelor fețe.
Anizotropia ratelor de creștere determină forma corectă a cristalului în creștere. Anizotropia proprietăților de suprafață se manifestă prin diferența de viteze de dizolvare a diferitelor fețe de cristal, capacitatea de adsorbție, activitatea chimică a diferitelor fețe ale aceluiași cristal.
Motivul anizotropiei este că cristalele au o structură strict ordonată. Cea mai importantă consecință a structurii ordonate este anizotropia proprietăților fizice ale cristalului.
Să explicăm ceea ce sa spus. Figura 2.9 prezintă dispunerea atomilor din cristal. Planul modelului coincide cu unul dintre planurile care trec prin nodurile laturii cristalului. Putem spune că cristalul este un pachet de asemenea avioane, situate ca niște coli de hârtie într-o carte.
În cazul în care secțiunea de produse a unor astfel de planuri de cristal perpendicular pe planul desenului, în funcție de orientarea de aranjare densitate avioanelor secțională atomilor pe ele vor fi diferite. În figura 2.9, direcțiile planurilor de tăiere sunt arătate prin linii solide. Se vede clar din figură că densitatea "populației" avioanelor de către atomi este diferită; dacă aceste planuri sunt aranjate în ordinea descrescătoare a densității suprafeței atomilor, se obține următoarea serie:
(010) (100) (110) (120) (320).
În același timp, este clar că distanțele dintre planurile secante adiacente sunt mai mari, cu atât mai densă este "populația" atomilor lor. Este ușor de imaginat că în cele mai densizate planuri, atomii sunt mai strâns legați între ei, deoarece distanțele dintre ele sunt mai mici.
Pe de altă parte, avioanele cu cea mai mare densitate, fiind departe unul de celălalt pe distanțe relativ mici, vor fi conectate slab între ele. În consecință, cristalul nostru condiționat are o anizotropie de rezistență mecanică: cel mai ușor este să-l împărțiți de-a lungul planului (010).
Pe baza celor de mai sus, putem generaliza faptul că alte proprietăți fizice ale cristalului (termic, electric, magnetic, optic) pot fi diferite în direcții diferite.
Valorile numerice ale anumitor proprietăți fizice ale cristalelor pentru diferite direcții pot uneori să difere prin mai multe ordini de mărime. În cristalele de grafit, de exemplu, rezistența electrică specifică în direcția [001] este de aproape o sută de ori mai mare decât în direcția perpendiculară.
Același cristal poate fi izotrop cu privire la o proprietate și anizotrop cu celălalt. De exemplu, cristalul de sare izotrop constantă dielectrică relativă, coeficient de dilatare termică, indicele de refracție, dar este anizotropă în ceea ce privește proprietățile mecanice și rata de creștere și fațete de dizolvare.
Anizotropia proprietăților fizice ale cristalelor este utilizată în tehnologia bazată pe utilizarea cristalelor singulare (electronică semiconductoare, inginerie electrică și radio, optică cristalină etc.). Elementele cu cristale unice ale dispozitivelor semiconductoare, stabilizatoarele de frecvență, senzorii piezoelectrici, instrumentele optice sunt fabricate cu respectarea strictă a direcției cristalografice. În aceste scopuri, este necesar să se producă o probă de cristal unic, nu numai cu o anumită puritate, formă și dimensiuni, ci și cu orientarea dorită a axelor cristalografice.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: