Ізотропності називається незалежність фізичних властивостей тіла від напряму всередині нього. Якщо такі фізичні властивості тіла, як модуль пружності, коефіцієнт теплопровідності, показник заломлення і т. П. Однакові в усіх напрямках, то таке тіло буде ізотропним.
Під анізотропією розуміється залежність властивостей макроскопически однорідного тіла від напряму. Ізотропним є аморфні тіла, рідини і гази. Анізотропія ж є характерною особливістю кристалів. Але виявити анизотропность можна не у всяких кристалічних тіл, а тільки у монокристалів. Більшість оточуючих нас кристалічних тіл, наприклад, метали, є полікристалічний, т. Е. Вони складаються з дуже великого числа зрощених один з одним дрібних кристалічних зерен, орієнтованих по-різному. Якщо в орієнтації цих дрібних кристаликів немає якогось певного порядку, то дане полікристалічне тіло буде изотропно. Якщо ж в орієнтації кристалічних зерен спостерігається впорядкованість (а вона може виникнути при таких методах обробки металів, як прокатка, протяжка, волочіння), то матеріал називається текстурированним і виявляє деяку анизотропность.
У звичайних полікристалічних металах кристалічні зерна настільки малі, що, як правило, помітні лише при спостереженні в мікроскоп. Але при повільному охолодженні розплаву металу можна отримати крупнозернистий злиток, в якому кристалічні зерна легко розглянути неозброєним оком. Якщо ж застосувати особливу методику охолодження розплаву металу, то можна отримати такі зразки, в яких буде перебувати всього одне кристалічна зерно - один кристал. Такі однокристальних зразки називаються монокристалами.
У природі зустрічаються досить великі монокристали мінералів, а іноді і металів (самородки золота). Можна отримати монокристали багатьох речовин (в тому числі і металів) штучно. Для цього доводиться дотримуватися іноді дуже тонку і досить складну технологію.
Наочним прикладом анізотропії механічної міцності кристала є здатність кристалів слюди легко розщеплюватися на тонкі листочки за певним напрямом і мати достатню міцність в перпендикулярному напрямку. Монокристали деяких металів (цинку, вісмуту, сурми) теж досить легко сколюються за певними площинах. Площина відколу при цьому є гарне дзеркало.
Дослідження показали, що кристали можуть мати анізотропією теплопровідності, електропровідності, магнітних властивостей та ін.
Анізотропія проявляється і в поверхневих властивостях кристалів. Наприклад, коефіцієнт поверхневого натягу для різнорідних граней кристала має різну величину. При зростанні кристала з розплаву або розчину це є причиною відмінності швидкостей росту різних граней.
Анізотропія швидкостей зростання обумовлює правильну форму зростаючого кристала. Анізотропія поверхневих властивостей проявляється у відмінності швидкостей розчинення різних граней кристала, адсорбційної здатності, хімічної активності різних граней одного і того ж кристала.
Причина анізотропії полягає в тому, що кристали мають строго впорядковане будова. Найважливішим наслідком впорядкованої структури є анізотропія фізичних властивостей кристала.
Пояснимо сказане. На малюнку 2.9 зображена схема розташування атомів в кристалі. Площина малюнка збігається з однією з площин, що проходить через вузли кристалічної решітки. Можна сказати, що кристал являє собою пачку таких площин, що лежать як аркуші паперу в книзі.
Якщо провести розтин такого кристала площинами, перпендикулярними площині креслення, то в залежності від орієнтації площин перетину густота розташування атомів на них буде різною. На малюнку 2.9 напрямки січних площин зображені суцільними лініями. З малюнка добре видно, що щільність «населення» площин атомами різна; якщо розташувати ці площини в порядку убування поверхневої густини атомів, то вийде наступний ряд:
(010) (100) (110) (120) (320).
Разом з тим, видно, що відстані між суміжними січними площинами тим більше, чим щільніше «населеність» їх атомами. Легко уявити собі, що в найбільш щільно заповнених площинах атоми міцніше пов'язані один з одним, так як відстані між ними менше.
З іншого боку, найбільш щільно заповнені площині, будучи віддаленими одна від одної на відносно великі відстані, ніж мало заселені площині, будуть слабкіше пов'язані один з одним. Отже, наш умовний кристал має анізотропією механічної міцності: найлегше його розколоти по площині (010).
На підставі викладеного можна зробити узагальнення, що і інші фізичні властивості кристала (теплові, електричні, магнітні, оптичні) можуть бути різними за різними напрямками.
Чисельні значення деяких фізичних властивостей кристалів для різних напрямків можуть іноді відрізнятися на кілька порядків. У кристалів графіту, наприклад, питомий електричний опір у напрямку [001] майже в сто разів більше, ніж за перпендикулярному напрямку.
Один і той же кристал може бути ізотропним відносно одного властивості і анізотропним по відношенню до іншої. Наприклад, кристал кухонної солі изотропен щодо діелектричної проникності, коефіцієнта теплового розширення, показника заломлення, але анизотропен щодо механічних властивостей і щодо швидкостей росту і розчинення граней.
Анізотропія фізичних властивостей кристалів використовується в техніці, що базується на застосуванні монокристалів (напівпровідникова електроніка, електро-і радіотехніка, кристалооптика і ін.). Монокристалічні елементи напівпровідникових приладів, стабілізаторів частоти, п'єзодатчиків, оптичних приладів виготовляються із суворим урахуванням кристаллографического напрямки. Для цих цілей потрібно виготовити монокристаллический зразок не тільки певної чистоти, форми і розмірів, але і з потрібною орієнтацією кристалографічних осей.