陈焕阳|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 。

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