دگرگونی یک محصول متغیر و وابسته به ویژگی‌های مادی آن است که الگوهای رفتاری متفاوتی را در طی فرآیندهای خاص ایجاد می‌کند. درک کامل خواص امکان انتخاب بهتر مواد را فراهم می کند و به عنوان راهنمای پیروی از بهترین روش برای رسیدن به یک خاصیت مکانیکی و فیزیکی خاص عمل می کند.

در مقیاس کلان، مواد را می توان به سادگی به عنوان یکی از دو نوع اصلی طبقه بندی کرد: همسانگرد یا ناهمسانگرد. ایزوتروپی از واژه های یونانی “iso” به معنای “برابر” و “tropos” یا “tropikos” که به “جهت” مربوط می شود، مشتق شده است. از سوی دیگر، پیشوند “an” اختلاف معنی را از ریشه کلمه بیان می کند، بنابراین ناهمسانگرد به معنای کاملاً متضاد همسانگرد است. [1].

بنابراین، در حالی که همسانگردی به معنای رفتار یکنواخت در همه جهات است، ناهمسانگردی به عنوان تمایل ماده برای واکنش متفاوت به تنش های اعمال شده در جهات مختلف تعریف می شود.

اما مواد همسانگرد و ناهمسانگرد چیست؟ و چگونه این ویژگی تعیین می کند که مواد برای چه کاربردهایی استفاده می شوند؟

در اینجا، با این موارد آشنا خواهید شد:

• مواد همسانگرد چیست؟
• مواد ناهمسانگرد چیست؟
• ویژگی های هر نوع
• کاربردهای تعیین شده توسط خاصیت همسانگردی

مواد همسانگرد در مقابل مواد ناهمسانگرد

مواد ایزوتروپیک

مواد ایزوتروپیک در هر نقطه خاصی از همه جهات دارای خواص یکسانی هستند. این بدان معنی است که وقتی یک بار خاص در هر نقطه از محور x، y یا z اعمال می شود، مواد همسانگرد همان استحکام، تنش، کرنش، مدول یانگ (یا مدول الاستیسیته) و سختی را نشان می دهند.

در ارتباط با برهمکنش نور در ماده، مواد همسانگرد به جهتی که نور حرکت می کند بستگی ندارد. برای هر طول موج، فقط یک ضریب شکست واحد و ثابت خواهد داشت. شاخص شکست است نسبت سرعت نور در خلاء به سرعت فاز در ماده ای که نور از آن عبور می کند. بنابراین، می توان گفت که سرعت نور در مواد همسانگرد تحت تأثیر دوره های مختلف تابش قرار نمی گیرد. [2].

مواد ناهمسانگرد

مواد ناهمسانگرد، همچنین به عنوان مواد “تری کلینیک” شناخته می شوند، محیط های وابسته به جهت هستند که از ساختارهای کریستالی نامتقارن ساخته شده اند. به عبارت دیگر، خواص مکانیکی مواد ناهمسانگرد به جهت گیری بدنه مواد بستگی دارد. هر سطح با اعمال بار یکسان به محورهای مختلف واکنش متفاوتی نشان می دهد. این بدان معناست که اگر خاصیت مکانیکی یا حرارتی خاصی در امتداد محور x اندازه‌گیری شود، اندازه‌گیری‌ها با گرفتن آن در امتداد محور y یا محور z متفاوت خواهد بود. همچنین غلظت و توزیع اتم ها با توجه به محورهای مرجع متفاوت است. بنابراین، با تغییر محور، اندازه‌گیری‌ها نیز تغییر می‌کنند [3, 4].

به دلیل ساختار داخلی نامتقارن، ویژگی ها و رفتارهای آن با جهت اعمال نور متفاوت است. این بدان معناست که برای هر طول موج خاص، محدوده ای از ضریب شکست را ایجاد می کند.

مواد ناهمسانگرد به انواع زیر تقسیم می شوند:

• تک محوری – در سیستم های کریستالی چهار و شش ضلعی از جمله پلاستیک متبلور می شود. برای هر طول موج، دو ضریب شکست شدید وجود دارد.
• دو محوری – در سیستم‌های کریستالی مونو، ارتو و سه‌کلینیک متبلور می‌شود و معمولاً دارای سه ضریب شکست است که دو حد مخالف دارند و یکی بین آن دو خنثی است. [2].

نمونه های معمولی مواد ناهمسانگرد چوب و کامپوزیت های مختلف صنعتی هستند.

نمودار مرجع

در اینجا خلاصه ای از مقایسه مستقیم مواد همسانگرد و ناهمسانگرد آورده شده است [5]:

مشخصات	ایزوتروپیک	بی نظیری
ساختار	برابر	نابرابر
خواص	همسان	یکسان نیست
جهت	مستقل	وابسته
ظاهر	تاریک	سبک
نفوذ نور	خیر	آره
پیوند شیمیایی	منسجم و یکنواخت	متفاوت و ناسازگار
انکسار	ضریب شکست منفرد	ضریب شکست دو برابری
سرعت نور	برابر، صرف نظر از جهت	متفاوت است، بسته به جهت
صفحه تقارن	نا محدود	هیچ یک

کاربرد مواد همسانگرد و ناهمسانگرد

مواد ایزوتروپیک

یک ماده همسانگرد بسیار شکل پذیر است و ممکن است هر شکلی به خود بگیرد. از آنجایی که خواص ریز اجزای آن در هر جهتی یکسان است، رفتار آن نیز بسیار قابل پیش بینی است. فلزات، شیشه ها، بیشتر مایعات و پلیمرها نمونه هایی از مواد همسانگرد هستند.

شیشه کاربردهای گسترده ای را ارائه می دهد. در صنعت بسته بندی، برای افزایش ماندگاری برای شیشه ها و بطری ها در انبار مواد غذایی استفاده می شود. همچنین به عنوان ظروف غذاخوری مانند لیوان، نعلبکی، کاسه و ظروف غذا استفاده می شود. نمای ساختمان، تجهیزات پزشکی، انواع لوازم خانگی همه را می توان برای شیشه ساخت.

از سوی دیگر، فلزات، علاوه بر اینکه معمولاً دارای استحکام نسبتاً بالایی هستند، مقاومت حرارتی و سایش بالایی نیز از خود نشان می دهند. هر شیئی که به صورت روزانه استفاده می شود از یک یا دیگر اشکال فلزی استفاده می کند. از آن به عنوان ظروف آشپزخانه، تجهیزات پزشکی، ابزار، کاشت، خرپاهای ساختمانی، تکیه گاه ها و همچنین جواهرات و اجزای پایه برای ماشین آلات و وسایل نقلیه استفاده می شود. [6].

مواد ناهمسانگرد

مواد ناهمسانگرد طبیعی اغلب انواع مختلفی از چوب و سنگ هستند. این نوع سنگ‌ها عمدتاً در ساختار لایه‌بندی می‌شوند در حالی که چوب‌ها به طور طبیعی تقویت می‌شوند، همانطور که از جهت‌گیری الیافشان دیده می‌شود.

ریزساختار در مواد ناهمسانگرد معمولاً از لایه های مختلفی تشکیل شده است که در مواد طبیعی به هم گره خورده اند یا تعدادی از مواد تشکیل دهنده با هم قالب گیری شده اند. یکی از کاربردهای نمونه مواد ناهمسانگرد بر روی کامپوزیت ها متمرکز شده است.

کامپوزیت ها اغلب به عنوان “پیش آغشته” استفاده می شوند که به شکل پارچه هستند و برای قالب گیری قطعات مختلف ماشین استفاده می شوند. این ماده خود به عنوان رزین عمل می کند که تقویت می کند و به هر ساختاری استحکام می بخشد [7].

[1] “تفاوت بین همسانگرد و ناهمسانگرد”، nd [Online] موجود در: http://www.differencebetween.net/science/chemistry-science/difference-between-isotropic-and-anisotropic/ [Accessed on: 29.11.2019]

[2] SA Nelson، “ویژگی های نور و بررسی مواد ایستروپی”، 2014 [Online] موجود در: https://www.tulane.edu/~sanelson/eens211/proplight.htm [Accessed on 29.11.2019]

[3] “مواد چگونه طبقه بندی می شوند؟” nd [Online] موجود در: http://www.ae.msstate.edu/vlsm/materials/otherfaq/otherfaq.htm [Accessed on: 29.11.2019]

[4]”کریستالی در مقابل جامدات آمورف – ناهمسانگردی و همسانگردی”، nd [Online] موجود در: https://www.curlyarrows.com/crystalline-versus-amorphous-solids-anisotropy-isotropy [Accessed on: 29.11.2019]

[5] “تفاوت بین ایزوتروپ و ناهمسانگرد“، nd [Online] موجود در: https://byjus.com/chemistry/difference-between-isotropic-and-anisotropic/ [Accessed on: 29.11.2019]

[6] “کاربرد فلز | کاربردها و اهمیت آنها در زندگی روزمره”، nd [Online] موجود در: https://www.studyread.com/uses-of-metals/

[Accessed on: 29.11.2019]

[7] O. Rand، V. Rovenski، “مواد ناهمسانگرد”، روش‌های تحلیلی در کشش ناهمسانگرد: با ابزارهای محاسباتی نمادین، بوستون: Birkhaüser، 2005.