【材料参数|好好利用这种材料,披上隐身斗篷的难度将大大降低】
春节假期将近 , 北京环球度假区即将迎来大波游客 , 在其一众主题园区中 , 哈利·波特的魔法世界拥有众多拥趸 。 如果要问魔法世界中的什么最吸引人 , 也许很多人的回答是:隐身斗篷 。
在武侠或者科幻题材作品中 , 关于隐身术的描绘总令人浮想联翩 , 成为许多人幻想拥有的超能力 。 若能在茫茫人海中隐匿自己 , 或利用隐身术制造一些空中悬物的恶作剧 , 光想想就很酷 。 那么 , 是否有什么手段和方法能让我们如愿实现隐身呢?从科学角度来说 , 答案是肯定的 。
隐身术即低可探测技术
从某种程度上说 , 隐身术已经较为成熟地应用于军事领域 。 不过这里所说的隐身术准确来说应该叫低可探测技术 , 即利用各种不同的技术手段来改变目标物可探测性信息特征 。
此类技术手段包括采用独特设计的吸波、透波材料降低目标物对电磁波、光波的反射;采取隔热、散热措施减弱目标物的红外辐射;通过折射光线使人眼无法察觉目标物 , 使其降低被发现的可能;在军用飞机、舰艇、火箭弹上采用雷达隐身材料、红外隐身材料等使目标物躲过侦查仪器 , 实现隐身效果等 。
不过此类隐身与人类所畅想的隐身超能力尚有差别 , 毕竟要实现人的隐身需要躲过的不仅仅是各类侦查仪器 , 还要躲过最精密的人眼 , 技术难度可想而知 。
隐身材料是研发关键点
2006年 , 英国帝国理工学院的物理学家约翰·彭德里等人分别提出了电磁隐身斗篷的理论 , 受到人们广泛的关注 。
科学家发现 , 当材料介电常数和磁导率满足一定关系时 , 电磁波在介质中会沿给定的曲线传播 , 并且不产生反射 , 从而模拟出扭曲的时空 。
这意味着人类可以通过精确设计 , 实现对电磁波的自由操控 。 通过借鉴变换光学理论 , 科学家预言了热隐身斗篷:即利用人为改造微结构的超材料 , 改变波的传播路线 , 使其绕过物体 , 从而使该物体隐身 。
自此 , 隐身衣的研制开始成为电磁学、物理学、光学、材料科学及交叉学科最前沿和最热门的研究领域之一 。 基于超材料支撑的变换光学也成为物理学界的热门话题 。
根据理论 , 隐身材料是隐身技术发展的关键 。 约翰·彭德里此前在接受媒体采访时表示 , 变换光学器件需要的材料参数对于天然材料来说相当苛刻 , 甚至难以实现 , 超材料为实现变换光学器件制备提供了更简易的可能 。 可以说 , 超材料的出现和发展 , 推动了在隐身研究领域中广泛传播的制作隐身斗篷的热情 。
理想状况下 , 人为调节参数一定可以设计并制造出性能特异的吸波材料 , 从而设计和实现许多具有不同功能的器件 , 例如隐身斗篷、光学错觉装置、旋转器等 。 但实际操作中 , 为了实现隐身效果 , 通常需要简化电磁参数以避免电磁参数出现无限大或负数的情况 , 且还需要用复杂结构等效出梯度折射率材料 , 这些过程需要昂贵的光刻技术和繁琐的制造方法 , 并且最终的实际效果也会因存在种种局限而大打折扣 。 因此 , 超材料真正成为隐身材料还有一定的距离要走 。
不用超材料也可实现隐身
面对超材料目前存在的局限性 , 科学家们又有了新突破 。
近日 , 厦门大学物理科学与技术学院陈焕阳课题组联合其他研究人员在研究中发现 , 使用一种常见的二维天然材料三氧化钼(α-MoO3)制造隐身装置 , 可以达到超材料实现的隐身效果 。 这意味着 , 未来制造隐身设备的门槛会大幅降低 , 许多科幻电影、小说中描述的情形将有望在现实中出现 。 该研究成果发表在国际期刊《纳米光子学》杂志上 。
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