이방성

우주 배경 방사선의 (극소량) 이방성 WMAP 이미지

이방성(/æɪɒsɒtrəpi, æɪɪɪ/-/)은 등방성과는 대조적으로 다른 방향으로 변화하거나 다른 특성을 가정할 수 있는 물질의 특성이다.다른 축을 따라 측정했을 때 물질의 물리적 또는 기계적 특성(흡수율, 굴절률, 전도율, 인장 강도 등)의 차이로 정의할 수 있다.

이방성의 한 예는 편광자를 통해 들어오는 빛이다.또 다른 하나는 나무인데, 나뭇결을 따라 갈라지는 것이 가로로 갈라지는 것보다 더 쉽다.

관심 분야

컴퓨터 그래픽스

컴퓨터 그래픽 분야에서 이방성 표면은 벨벳과 마찬가지로 기하학적 법선을 중심으로 회전하면서 외관이 변한다.

이방성필터링(AF)은 멀리 떨어져 있고 시점의 각도가 가파른 표면에서 텍스처의 화질을 향상시키는 방법입니다.이중선 및 삼선형 필터링과 같은 오래된 기술에서는 표면이 보이는 각도를 고려하지 않으므로 텍스처가 흐려지거나 앨리어스될 수 있습니다.한 방향의 디테일을 다른 방향보다 줄임으로써 이러한 효과를 줄일 수 있습니다.

화학

화학 이방성 필터는 입자를 여과하기 위해 사용되는 필터로, 근위부 영역이 큰 입자를 걸러내고 원위부 영역이 작은 입자를 점점 더 제거함으로써 흐름 통과가 향상되고 효율이 높아집니다.

NMR 분광학에서는 적용된 자기장에 대한 핵의 배향에 따라 핵의 화학적 이동이 결정된다.이 맥락에서 이방성 시스템은 벤젠의 파이 시스템과 같이 비정상적으로 높은 전자 밀도를 가진 분자의 전자 분포를 말한다.이 비정상적인 전자 밀도는 인가된 자기장에 영향을 미쳐 관찰된 화학적 변화를 일으킵니다.

형광분광학에서는 평면편광으로 들뜬 시료에서 형광의 편광 특성으로 계산한 형광 이방성을 이용하여 예를 들어 고분자의 형상을 결정한다.이방성 측정은 광자의 흡수와 후속 방출 사이에 발생하는 형광체의 평균 각도 변위를 나타낸다.

실제 이미지

중력 결합 또는 인공 환경의 이미지는 특히 방향 영역에서 이방성이며, 더 많은 이미지 구조가 중력 방향(수직 및 수평)과 평행하거나 직교하는 방향으로 배치됩니다.

물리

플라즈마의 성질을 나타내는 플라즈마 글로브, 이 경우 '필라멘테이션' 현상'

캘리포니아 버클리 대학의 물리학자들은 1977년 우주 마이크로파 배경 복사에서 코사인 이방성을 검출했다고 보고했다.그들의 실험은 ^[1]방사선의 원천인 초기 우주 물질에 대한 지구의 움직임에 의한 도플러 변화를 증명했다.우주 이방성은 또한 은하의 회전축과 퀘이사의 편광각의 정렬에서도 볼 수 있다.

물리학자들은 방향 의존적인 물질의 특성을 설명하기 위해 이방성이라는 용어를 사용한다.예를 들어 플라즈마 내에서 자기 이방성이 발생할 수 있으므로 자기장은 바람직한 방향으로 향한다.플라스마는 또한 방향성이 있는 "필라멘테이션"(번개 또는 플라즈마 지구본에서 볼 수 있는 것)을 나타낼 수 있습니다.

이방성 액체는 일반 액체의 유동성을 가지지만 분자의 구조적 순서를 포함하지 않는 물이나 클로로포름과는 달리 분자축을 따라 서로 상대적인 평균적인 구조적 순서를 가진다.액정은 이방성 액체의 예이다.

일부 재료는 열원 주변의 공간 방향과 무관한 등방성 방식으로 열을 전도합니다.열전도는 일반적으로 이방성이므로 일반적으로 열적으로 관리되는 다양한 재료의 상세한 기하학적 모델링이 필요합니다.전자제품에서 열원으로부터의 열을 전달 및 제거하는 데 사용되는 재료는 이방성인 ^[2]경우가 많습니다.

많은 결정들은 빛에 대한 이방성("광학적 이방성")이며 복굴절과 같은 특성을 보인다.결정광학이란 이러한 매체의 광전달을 말합니다.이방성의 축은 등방성이 깨지는 축(또는 정상층부터 결정층까지와 같은 대칭 축)으로 정의된다.일부 재료는 이러한 광축을 여러 개 가질 수 있습니다.

지구물리학 및 지질학

지진 이방성은 지진파가 방향에 따라 변화하는 것이다.지진 이방성은 지진 파장보다 작은 특징(예: 결정, 균열, 기공, 층 또는 포함물)이 지배적인 정렬을 갖는 물질의 장거리 순서를 나타내는 지표이다.이 정렬은 탄성 웨이브피드 방향의 변화로 이어집니다.지진 데이터에서 이방성의 영향을 측정하는 것은 지구의 과정과 광물학에 대한 중요한 정보를 제공할 수 있다. 중요한 지진 이방성은 지각, 맨틀 및 내부 코어에서 감지되었다.

퇴적물 층이 뚜렷한 지질 형성은 전기적 이방성을 나타낼 수 있다. 한 방향(예: 층과 평행)의 전기 전도성은 다른 방향(예: 층에 수직)의 것과 다르다.이 특성은 가스 및 석유 탐사 산업에서 모래와 셰일의 연속에서 탄화수소가 함유된 모래를 식별하는 데 사용됩니다.모래가 있는 탄화수소 자산은 높은 저항률(낮은 전도율)을 가지지만 셰일즈는 낮은 저항률을 가집니다.형성 평가 기구는 이 전도율 또는 저항률을 측정하며, 그 결과는 유정에서 오일과 가스를 찾는 데 사용됩니다.석탄과 셰일 같은 퇴적암에 대해 측정된 기계적 이방성은 석탄과 셰일 ^[3]저장소에서 가스가 생성될 때 흡착과 같은 표면 성질의 변화에 따라 변화할 수 있습니다.

대수층의 유압 전도율은 같은 이유로 이방성인 경우가 많습니다.배수구 또는 ^[5]유정으로 가는 [4] 지하수 흐름을 계산할 때는 수평 투과도와 수직 투과도의 차이를 고려해야 한다. 그렇지 않을 경우 결과가 오류에 노출될 수 있다.

대부분의 일반적인 암석 형성 광물은 석영과 장석을 포함한 이방성 광물이다.광물의 이방성은 광학적 특성에서 가장 확실하게 나타난다.등방성 광물의 예는 가넷이다.

의료용 음향학

이방성은 또한 변환기의 각도가 변화할 때 힘줄과 같은 연조직의 다른 결과 에코제너시티를 설명하는 의료 초음파 이미지에서 잘 알려진 특성이다.힘줄 섬유는 변환기가 힘줄에 수직인 경우 과민성(밝음)으로 나타나지만, 변환기가 비스듬히 기울어진 경우 저민성(어두움)으로 나타날 수 있습니다.이는 경험이 부족한 실무자에게 해석 오류의 원인이 될 수 있습니다.

재료과학 및 재료공학

재료과학에서 이방성은 물질의 물리적 성질에 대한 방향 의존성이다.이는 엔지니어링 분야에서 재료 선택을 위한 중요한 고려 사항입니다.등방성 평면에 수직인 축을 중심으로 대칭인 물리적 특성을 가진 물질을 횡등방성 물질이라고 합니다.재료 특성에 대한 텐서 설명을 사용하여 해당 특성의 방향 의존성을 결정할 수 있다.단결정 재료의 경우, 대칭적인 결정형이 특정 성질의 ^[6]텐서 기술에서 보다 적은 독립 계수를 갖는다는 점에서 이방성은 결정 대칭과 관련지어진다.^[7] 물질이 다결정인 경우 특성에 대한 방향 의존성은 종종 해당 물질이 거쳐온 가공 기술과 관련이 있습니다.랜덤 방향의 입자를 가진 재료는 등방성이지만 텍스처를 가진 재료는 이방성인 경우가 많습니다.텍스처 소재는 열간 압연, 와이어 드로잉 및 열처리와 같은 가공 기술의 결과인 경우가 많습니다.

영 계수, 연성, 항복 강도, 고온 크리프 레이트와 같은 재료의 기계적 특성은 종종 ^[8]측정 방향에 따라 달라집니다.탄성 상수와 같이 4등급 텐서 특성은 입방정대칭 재료의 경우에도 이방성입니다.영률은 등방성 재료가 탄성 변형될 때 응력과 변형률과 관련이 있습니다. 이방성 재료의 탄성을 설명하기 위해 대신 강성(또는 컴플라이언스) 텐서를 사용합니다.

예를 들어 금속에서 이방성 탄성 거동은 입방정 결정의 세 가지 독립 계수를 갖는 모든 단일 결정에서 존재한다.니켈이나 구리 등의 면심 입방체 재료는 <111>방향에 따라 강성이 가장 높고, 근접 패킹 평면에 대해 법선이며, <100>에 평행한 최소값이다.텅스텐은 상온에서 거의 등방성에 가까워서 강성 계수가 두 개뿐인 것으로 간주할 수 있습니다. 알루미늄은 등방성에 가까운 또 다른 금속입니다.

등방성 물질의 경우,

{\displaystyle G=E/[2(1+\nu)},

G

서

G(\

displaystyle

G

)

는

G

전단 계수,

E(\

displaystyle

E

)

는

E

영 계수,

\nu

(\

displaystyle \nu)

는

\nu

재료의 포아송 비율입니다.따라서 입방체 재료의 경우

a_{r}

이방성(r\

displaystyle a_{r

을 입방체 재료에 대해 경험적으로 결정된 전단 탄성과 그 (등방성) 등가 사이의 비율로 생각할 수 있습니다.

a_{r}=paramfrac {G}{E/[2(1+\nu)}}=paramfrac {2(1+\nu)G}{E}\equiv {2C_{44}{C_{11}-C_{12}}.

후자의 표현은 제너비( $r\$ displaystyle $a_{r$ 로 알려져 있습니다. $C_{ij}$ 서 $C_{ij}$ j(\ $displaystyle C_{ij})$ 는 $C_{ij}$ Voigt(벡터 매트릭스) 표기로 탄성 상수를 나타냅니다.등방성 재료의 경우 비율은 1이다.

완전 이방성 강성 텐서의 27개 성분을 모두 고려한 텐서얼 이방성 지수^T A에서는 입방체 재료에 대한 제너비의 제한이 면제된다.크게 두 $A^{I}$ 으로 구성되어 있습니다. $A$ I （ display $style$ A $A^{I}$ ^ { $I$ 및 $A^{A}$ {\ $displaystyle A^{$ $A^{T}=A^{I}+A^{A}.$ $A^{A}$ 전자는 입방 텐서에 존재하는 성분을 말하며 후자는 $A^{T}=A^{I}+A^{A}.$ $A^{T}=A^{I}+A^{A}.$ $A^{T}=A^{I}+A^{A}.$ $A^{T}=A^{I}+A^{A}.$ + A $.\displaystyle$ A $^{$ $T}=A^{I}+A^{A}}$ 이 $A^{T}=A^{I}+A^{A}.$ 첫 번째 성분은 예를 들어 직교성 재료에 존재하는 재료의 방향 차이를 설명한다.이 $A^{A}$ $A^{A}$ 의 두 번째 구성 요소 A $(\$ A $^{$ A $}}$ 은 $A^{A}$ (는) 비입방체 재료에 대해서만 0이 아닌 강성 계수의 영향을 포함하며, 그렇지 않으면 0으로 유지됩니다.

섬유강화 또는 층상복합재는 보강재의 배향에 의해 이방성 기계적 특성을 나타낸다.탄소섬유 또는 유리섬유계 복합재료와 같은 많은 섬유강화 복합재료에서 재료의 짜임새(예를 들어 단방향 또는 평직)는 벌크재료의 ^[10]이방성 정도를 결정할 수 있다.섬유 방향의 조정성은 재료에 가해지는 응력의 방향에 따라 복합 재료의 적용 기반 설계를 가능하게 합니다.

유리나 폴리머와 같은 비정질 재료는 전형적으로 등방성이다.고분자 재료에서 고분자의 고랜덤화 배향으로 인해, 폴리머는 일반적으로 등방성으로 기술된다.단, 기계구배 폴리머는 가공기술 또는 이방성 유도요소의 도입을 통해 방향의존성을 가지도록 설계할 수 있다.연구자들은 계층적으로 질서 있는 생물학적 연질 ^[11]물질을 모방하기 위해 섬유와 공극이 정렬된 복합 재료를 제작하여 이방성 하이드로겔을 생성했습니다. 3D 프린팅, 특히 Fused Deposition Modeling은 인쇄된 부품에 이방성을 도입할 수 있습니다.이는 FDM이 열가소성 ^[12]재료의 층을 압출 및 인쇄하도록 설계되었기 때문입니다.이는 층에 평행하게 인장응력을 가할 때 강하고 층에 수직인 경우 약한 재료를 만든다.

미세 가공

이방성 식각 기술(딥 리액티브 이온 식각 등)은 높은 석면비로 잘 정의된 미시적 특징을 만들기 위해 미세 제작 공정에서 사용됩니다.이러한 기능은 MEMS 및 마이크로유체 디바이스에서 일반적으로 사용되며, 장치에 원하는 광학, 전기적 또는 물리적 특성을 부여하기 위해 기능의 이방성이 필요합니다.이방성 식각은 특정 결정학적 평면보다 특정 물질을 우선적으로 식각하는 데 사용되는 특정 화학적 식각제를 참조할 수도 있다(예: 실리콘[100]의 KOH 식각은 피라미드 같은 구조를 생성함).

신경과학

확산텐서 이미징은 뇌 속 물 분자의 무작위 운동(브라운 운동)의 부분 이방성을 측정하는 MRI 기법이다.섬유 작용에 위치한 물 분자는 움직임이 제한되기 때문에 비등방성이 될 가능성이 더 높으며, 반면 뇌의 나머지 부분에 분산된 물 분자는 움직임이 덜 제한되고 따라서 더 많은 것을 보여준다.등방성이 부분 이방성의 차이는 개인의 뇌에서 섬유 작용의 지도를 만들기 위해 이용된다.

원격 감지 및 복사 전송 모델링

반사 표면으로부터의 방사 조도장(BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function, 양방향 반사율 분포 함수) 참조)은 종종 본질적으로 등방성이 아니다.따라서 장면에서 반사되는 총 에너지를 계산하기가 어렵습니다.리모트 센싱 어플리케이션에서는 특정 장면에 대해 이방성 함수를 도출하여 순반사율 또는 (이에 따라) 장면의 순방사조도 계산을 대폭 단순화할 수 있다.예를 들어, $\gamma (\Omega _{i},\Omega _{v})$ 를 $\gamma (\Omega _{i},\Omega _{v})$ ( $\gamma (\Omega _{i},\Omega _{v})$ i , $\gamma (\Omega _{i},\Omega _{v})$ v $\gamma (\Omega _{i},\Omega _{v})$ ) { $displaystyle \gamma$ ( \ $Omega$ _{ $i$ , \ $Omega$ _ ${v}$ )라고 $\gamma (\Omega _{i},\Omega _{v})$ 합니다.여기서 'i'는 (위성이나 다른 기기에서처럼) 보는 방향을 나타냅니다.그리고 P를 장면으로부터의 전체 반사율을 나타내는 평면 알베도로 하자.

\displaystyle P(\Omega _{i})=\int _{\Omega _{v}}\cdot _{n}\hat {n}\cdot dhat \Omega _{v}}

A(\Omega _{i},\Omega _{v})=pfrac(\Omega _{i}){P(\Omega _{i})}}

정의된 이방성 함수에 대한 지식으로 단일 보기 방향( a v \ $displaystyle \Omega$ _ ${$ $v$ 등)에서 BRDF를 측정하면 특정 사고 지오메트리(, $\Omega _{i}$ {\ $display$ \ $Omega$ _ ${i}$ 등)에 대한 총 장면 반사율(평면 알베도)을 측정할 수 있기 때문에 이 기능은 중요합니다.

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레퍼런스

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외부 링크

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[11] Sano, Koki; Ishida, Yasuhiro; Aida, Tazuko (16 October 2017). "Synthesis of Anisotropic Hydrogels and Their Applications". Angewandte Chemie International Edition. 57 (10): 2532–2543. doi:10.1002/anie.201708196. PMID 29034553.

[12] Wang, Xin; Jiang, Man; Gou, Jihua; Hui, David (1 February 2017). "3D printing of polymer matrix composites: A review and prospective". Composites Part B: Engineering. 110: 442–458. doi:10.1016/j.compositesb.2016.11.034.

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