超材料:会改写未来战争吗?

发布时间:2018-09-14 15:28:55    来源:中国军网    作者:许玥凡 李东海    责任编辑:王月

还记得小说《哈利·波特》中的“隐身斗篷”吗?或者你是否也向往能拥有变色龙一般瞬间变色的神奇皮肤?如今,借助可以“弯曲光、改变波”的超材料,这些原本听起来科幻味十足的场景或将变为现实。

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超材料:会改写未来战争吗?

还记得小说《哈利·波特》中的“隐身斗篷”吗?或者你是否也向往能拥有变色龙一般瞬间变色的神奇皮肤?如今,借助可以“弯曲光、改变波”的超材料,这些原本听起来科幻味十足的场景或将变为现实。

超材料是一种根据实际应用需要,对材料关键物理尺寸进行特殊设计,最终得到不同于常规材料性质的新型材料。作为当今最热门的新兴技术之一,超材料被《科学》杂志列为引发信息技术、国防工业、新能源以及微细加工重大变革的重要科学进展,美国国防部专门启动了关于超材料的专项研究计划。未来,超材料将在智能蒙皮、雷达天线、吸波材料、隐身技术等众多领域得到广泛应用。

超越天然材料的新型材料

作为人类社会发展的物质基础,材料是国防工业和经济发展必不可少的重要内容。目前,传统高性能材料越来越依赖各类稀缺资源,人们想在自然界中找寻具有超物理特性天然材料的尝试也一直收效甚微,必须另辟蹊径探寻超越常规材料性能极限的新型材料。直到21世纪初,美国研究人员才首次在实验室中利用微波技术发现了“隐身衣”的蛛丝马迹,也由此宣告了超材料的诞生。

作为当今世界材料学领域的热门词汇,其中的“超”就表示“超出、另类”的意思。超材料,主要指拥有天然材料所不具备的超常属性的人工复合材料,能实现天然材料望尘莫及的弯曲、散射或传输电磁波等特殊性能。超材料的发现使人们认识到,可对现有材料通过人工构建不同“模块”,形成超越天然材料的新型材料。超材料也因此被誉为“一种由材料组成的‘材料’”。

事实上,研制超材料就是按照特定的规则组合,搭配出不同电磁响应属性的人工复合材料。这些材料的属性除由材料本身决定外,还与其结构的形状、尺寸、排列和组合方式等紧密相关。通过改变超材料关键位置的结构和尺寸,人们就可以像搭积木一般实现对光波、雷达波、无线电波、声波乃至地震波的任意弯曲和精细“裁减”。研究人员还借助超材料薄层能让光线绕过物体的属性,开始研究使物体无影无踪的“隐身斗篷”。

目前,超材料最引人关注的属性包括负折射率、逆多普勒效应、超常电磁特性以及超分辨率成像等。也正是这些独具一格的物理特性,使得超材料的应用前景覆盖了基础工业、国防军事以及经济社会发展的方方面面。以具有超常电磁特性的电磁超材料为例,目前就已经在通信、制造、隐身、探测、核磁、太阳能以及微波利用等领域产生了深远影响。

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