超材料的研究现状

世界各地科学家的实验室里出现了许多新奇的发明。

美国科学家做出了一种反弹陶瓷管,与传统的脆硬陶瓷相比,压缩50%后可以恢复。这种陶瓷将在“普通材料无能为力的地方”发挥巨大作用,比如航天飞机或喷气发动机的隔热设备。

2006年,来自北卡罗莱纳州杜克大学和伦敦帝国理工学院的研究人员通过使用超材料使物体在微波辐射下隐形,成功挑战了传统概念。尽管仍有许多困难需要克服,但我们在历史上第一次拥有了让普通物体隐形的方案(五角大楼国防高级研究计划局(DARPA)资助了这项研究)。

在德国,科学家们使用了一种叫做“直接激光光刻”的技术来制造由微型塑料棒制成的隐形材料片。当隐形材料片覆盖在物体上时,在红外摄像机的观察下,隐形材料改变覆盖物周围的光速,使覆盖物和被覆盖的物体一起消失。包括国防高级研究计划局在内的军事机构正在寻找这种隐藏技术,以使飞机在军用雷达的探测范围内隐形。

法国科学家发现,通过在超材料墙壁和地面上精确打孔,可以转移地震波,使地震和海啸偏离建筑物或城镇,达到减灾的目的。

荷兰科学家已经制造出可以用力学编程的智能橡胶。通过小开关的控制和特殊的设计,这种智能橡胶可以像超大海绵一样变硬或变软,甚至可以在挤压下在这两个阶段快速变形。在这种材料的帮助下,人们很快就能穿上通过感应地面硬度来自动调节的鞋子。与许多国家相对分散的发展模式相比,中国在超材料领域的发展模式更为集中和有力。我国在863计划、973计划、国家自然科学基金和新材料重大专项中对超材料的研究给予了支持。在电磁黑洞、超材料隐身技术、电介质超材料、声波负折射等基础研究方面,中国企业取得了多项原创性成果,在国际超材料产业化竞争中处于领先地位。

在美国留学并在《科学》杂志上发表了新型超材料宽带隐身衣论文的刘若鹏无疑是其中的代表之一。2010年,以刘若鹏博士为首的五名海外留学生团队回国创办了深圳光启。经过几年的发展,公司在全球范围内申请了2800多项专利,约占相关领域专利申请总数的86%。该公司在创建基于超材料、无线互联、航空航天和其他领域的智能社区方面也处于世界前列。比如,它是全球首条超材料微结构精密测试线,设备定制度高达70%,工艺精度高达2微米。他们还设计了超材料生产的标准化流程。

以设计的电磁超材料天线为例,利用一块可以折叠到笔记本大小、印有“江南水乡风景”的电路板,飞机、火车、轮船、汽车可以在移动网络无法到达的偏远地方连接卫星宽带上网。无论卫星在天空中的哪个位置,天线都可以跟踪,不需要像传统的碟形天线那样一直盯着一个方向的卫星。

美国同类产品的商业销售计划今年才开始,光启早在三年前就在中国22个省份安装试用。这只是近年来中美在超材料核心领域的激烈竞争之一。

此外,为了打破欧美超材料技术标准的垄断,上个月,全国电磁超材料技术与产品标准化技术委员会审核并提交了国家标准《电磁超材料术语》。这意味着我国在世界范围内率先制定超材料领域的国家标准,将对我国超材料技术的研究和标准转化发挥重要作用。