Anisotropy는 '비등방성'

비등방성은 위키에서 이렇게 설명하고 있다.

"비등방성(非等方性)(anisotropy)은 방향에 따라 물체의 물리적 성질이 다른 것을 말한다. 예를 들어, 솔질이 된 알루미늄, 섬유, 옷감, 근육 등의 표면은 들어오는 빛의 방향에 따라 반사율이 다른 광학적 비등방성을 띈다."

솔직히 뭔소린지 모르겠다. 그래서 이미지를 찾아보았다.

일단 '등방성(isotropy)'이란 말부터 이해해야 했다.

등방성이란 '물체의 물리적 성질이 방향에 따라 달라지지 않는 일'을 말한다고 한다.

즉, 어느 방향에서 쳐다보든 상관없이 물체의 물리적 성질은 똑같이 보인단 소리다.

비등방성의 대표적으로 지폐의 표면에 붙은 홀로그램이 있다.

보는 각도에 따라 다른 성질을 보이고 있는 것이 '비등방성(anisotropy)'이라는 뜻이다.



영문위키에서도 아래와 같이 설명하고 있다.

"Anisotropy /ˌænɪˈsɒtrəpi/, /ˌænaɪˈsɒtrəpi/ is the property of being directionally dependent, which implies different properties in different directions, as opposed to isotropy. It can be defined as a difference, when measured along different axes, in a material's physical or mechanical properties (absorbance, refractive index, conductivity, tensile strength, etc.)"



비등방성은 굴절률이나 conductivity등의 예도 들 수 있다는데,

알고 싶었던 부분이 바로 이 부분이었다.

Gas chromatography에서 흔히 사용됐었던 detector로

TCD (Thermal Conductivity)라는게 있었다.

TCD는 두 개의 평행한 튜브가 가스를 운반하고, 코일에 의해 가열되는 구조라고 한다.

이렇게 생겼다.

왼쪽 관으로 reference column으로부터 나온 pure carrier gas가 흘러가고

오른쪽 관으론 analytic column에서 온 sample + carrier gas가 흐른다.

그리고 두 관에서 나온 가스들을 코일로 가열시켜서 heat loss rate를 측정한다.

두 관에서 온 가스의 열전도율이 다르다는 점에서 착안,

그 미묘한 차이를 측정한다는 원리로 탄생한 detector가 바로 TCD이다.

같은 문서에서 부가 설명하길

대부분 화합물들은 일반적으로 사용되는 hydrogen이나 helium같은 carrier gas들에 비해

conductivity가 훨씬 낮다고 한다.

그러니까 시료가 들어있는 column에서 온 gas의 conductivity가 훨씬 낮을테니

그 차이를 전기적으로 측정하면 되는 것이다.



그래서 conductivity에 있어서 anisotropy라는건 무엇을 뜻하는걸까?

그래서 다시 찾아보았다. Isotropic/anisotropic thermal conductivity는 무엇이 다른걸까..

아래와 같은 답변은 찾을 수 있었다.

""Anisotropic" means the thermal conductivity of the material depends on the direction the heat flows through the material. It can also cause strange behaviour where the heat does not flow in the same direction as the temperature gradient. Most common materials are isotropic. If your material data doesn't include anisotropic thermal properties, just ignore the option."

비등방성이란건 물질의 열전도율이 열이 흐르는 방향에 의존적이게 나타난다는 뜻입니다. 열이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 구배에 따라 흐르지 않을 때 발생할 수 있습니다. 대부분의 물질은 등방성을 띱니다. 당신의 물질 데이터가 비등방성 열전도의 속성을 보이거든, 옵션을 무시하세요

옵션(?)이 뭔진 모르겠지만, 열이 이동함에 있어서

항상 고온에서 저온으로 이동하지만은 않는단걸 얘기하는 듯하다.

열의 이동도 하나의 '방향'으로 생각할 수 있다. 그런데 그 열의 이동방향에 따라

물질의 열전도율이 다르게 측정된다는 점이 anisotropic의 개념인 듯하다.

정확하게는 뭔소린가 잘 모르겠다 솔직히는...



그래서 더 찾아보았다. 완전하게 이해가 갈 때까지 찾아보려 한다.

다른 사이트를 참조했다.

열이 고온에서 저온으로 이동하며 평형을 이루게 됨은 누구나 아는 사실이다.

한편 열전도율은 온도 경사에 따른 열의 흐름 속성을 나타내는 말이다.

J는 열 흐름, k는 열전도율, dT/dr은 온도 구배이다.

석영에서 c축과 수직인 경우엔 conductivity가 6.5 Wm^-1K^-1이다.

하지만 c축과 평행할 때에는 11.3 Wm^-1K^-1까지 상승한다.

아하! 이 화합물은 방향에 따라 열전도율이 달라졌다.

그걸 어떻게 측정했을까 보았더니 이렇게 측정했다고 한다.

석영 크리스탈을 c 축과 수직으로 하나 자르고, 평행하게 하나 더 잘라놓는다.

두 조각을 수직으로 배치하고, 가운데에 열원을 둔다.

철을 데우면 가운데서부터 열을 받아서 전도되는 모습을 볼 수 있다.

동영상 참조



"방향에 따라 열전도율의 차이가 생긴다"라는 것이

heat conductivity에 있어서의 anisotropy의 개념이다.



이 개념으로 TCD의 사진을 다시 한 번 보면 조금 더 이해가 된다.



열 전도율이 다를테니 아래로부터(혹은 위로부터) 반대방향으로 열이 전달될 때

carrier gas보다 sampl + carrier gas의 열전도율이 낮을 것이다.

그 다른 정도를 옆의 detector가 전류의 흐름을 감지해서 구분해낸다.

이제야 이 사진이 전부 이해되었다.