中国超材料获突破领跑全球 助力国产隐形战机(图)

　　中国在超材料的微结构加工方面也取得了长足进步。去年，中南大学教授黄小忠的团队利用3D打印机，通过对材料进行编码，获得了一块边长18厘米、包括10万个物理单元的具有隐身性能的超材料，这样可以实现我国未来太空隐形飞行器的零部件的快速打印和更换。

　　原文配图：试验中，一种运用微波技术的材料成功地把一个直径5厘米的铜制小圆筒隐藏起来，虽然这一隐形范围只相当于一粒豌豆。图为2013号歼20地面测试弹仓全开。

　　也许风靡一时的动画片《超能陆战队》中主人公发明的微型机器人及其聚集体曾让您大呼神奇，也许您曾对小说《哈利·波特》中那件隐身斗篷印象深刻，也许您也对自然界的伪装大师乌贼和变色龙能够瞬间变色的皮肤而匪夷所思……

　　事实上，借助一种被称为“超材料”的东西，全球的材料学家和物理科学家们正在将上述听起来十分“科幻”的东西变为现实：“隐形”飞机、笔记本大小的卫星天线、能感应地形的智能鞋子、能复原的弹性陶瓷、可减轻地震或海啸影响的防护墙壁等等。

　　这种超材料的新奇之处在于，通过复杂的人工手段对物质原子、分子施加影响来改变材料的力学性质，让光波、雷达波、无线电波、声波甚至地震波弯曲。这种超材料被科学家誉为“由材料组成的‘材料’”。

　　上月，《电磁超材料术语》向国家标准管理委员会报批，标志着我国在超材料领域即将拥有国家标准。目前，全球“工业4.0”进程持续深化、“智能+”应用领域不断扩大，对于处在超材料应用领先地位的中国企业来说，步子更快一些，胆子再大一点，力争在未来一些战略新兴产业及人工智能革命领域引领世界潮流。因为有一点毋庸置疑：未来的世界，将由超材料来建造。

　　原文配图：包括美国国防高级研究计划署在内的军方机构，寻求的正是这种隐藏技术，以便让飞机在军事雷达探测范围内隐身。图为2013号歼20战机进行地面测试。

　　“弯曲光、改变波”

　　超材料性能神奇

　　材料，人类社会各大产业发展的根基。随着工业化进程不断深入，传统高性能材料对稀缺资源的依赖程度越来越高，而科学家们在自然界寻找具有超物理特性的天然材料的尝试却收效甚微。在这种情况下，科学家意识到，要想获得那些超越常规材料性能极限的新型功能性材料，必须另起炉灶。

　　2000年，美国加州大学圣地亚哥分校的物理学家戴维·史密斯和他的同事做的一个新奇实验，让全球的材料科学家们对物质世界的看法发生了一些改变。试验中，一种运用微波技术的材料成功地把一个直径5厘米的铜制小圆筒隐藏起来，虽然这一隐形范围只相当于一粒豌豆。

　　这一实验让文学描写中不断出现、而根据传统光学定律根本不可能实现的“隐身衣”有了问世的可能，也宣告了超材料学的诞生。

　　那么问题来了——究竟什么是超材料？

　　超材料，英文称为Metamaterial，其中拉丁语词根“meta-”表示“超出、另类”等含义。一般文献中给出的超材料定义是“具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。”

　　首先让我们从中学物理课上老师都会演示的一个现象说起：当一束光从空气斜射入水中，会产生入射光和折射光，它们居于法线的两侧。因为这种反射现象，我们能够看到大自然中的许多物体。那么，是否存在这样一种介质，当光入射其表面时，入射光与折射光位居法线同侧呢？

　　其实早在1968年时，前苏联理论物理学家菲斯拉格（Veselago）便提出了这个疑问，并在理论上预测了上述“反常”现象。只是由于没有实验验证，加之当时处于功能材料发展初期，人们对菲斯拉格的发现并未予以足够重视。

　　根据广义相对论，时间和空间都是可以“弯曲”的，而空间里的光线同样可以弯曲，前提是设计并制作出足够小的“设备”。近年来，科学家沿着菲斯拉格的理论，依靠一些间隔仅有1毫米的几千分之一的人工结构，将材料的单元结构（人工原子和人工分子）集合，通过不同的结合结构和排列设计制造出各种超材料，实现了让光波、雷达波、无线电波、声波甚至地震波弯曲的梦想。

　　如今，超材料研究正在发酵。美国《科学》杂志将其列入本世纪前10年的10项重要科学进展之一，引发了诸如新一代信息技术、国防工业、新能源技术、微细加工技术等领域的重大变革。加拿大华人网 http://www.sinoca.com/