神马文学网材料又有重大突破
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/29 02:10:19
纳米织造隐身衣
纳米级微小粒子组成的超材料可以让光线拐弯，绕过障碍物。被超材料包裹的人，怎样在不被看到的情况下看到外面？美国的材料学家关于超材料的发现和中国物理学家的反隐形材料研究，让隐形不再遥不可及。
超材料的隐形把戏
弗拉吉米尔·沙拉耶夫（Vladminr Shalaev）造出了隐身衣。他不会魔术，也不懂魔法，身为美国印地安那州普渡大学的材料学专家，他通晓材料反射光线的秘密：“假如一样东西反射的光线根本没有到达你的眼睛会怎样？就跟你背对着它一样吧。”但是我们都知道怎样看见背对着的东西——只要有一面镜子帮助光线反射到我们的眼睛就成。“不过，即使你面对隐身斗篷，你还是看不见它。不仅如此，你会看到本应被它阻挡的东西。因为只要没有光从它上面反射到你的眼睛，你就看不到它。”
所谓“超材料”就是超出自然界固有的普通性质，具有超常材料功能的人工复合材料。它们并不存在于自然界，而是完全由科学家们在实验室研制出来。因此，科学家们尽可能根据需要赋予它们天然材料所不具备的超常物理性质，最终突破某些自然规律表现的限制。事实上，在自然界中确实存在着让光反射异常的材料。例如天然蛋白石就因其具有不完全光子带隙结构而有着强烈的反光，并且向不同的角度发射出不同的颜色光彩。这种光子带隙结构在蝴蝶翅膀、孔雀羽毛以及海老鼠的毛也存在，正是它们使本来无色的生物体由于结构的发光而呈现出闪烁斑斓的色彩。
隐形和反隐形
隐形材料一直没有被发现过，直到沙拉耶夫用人造原子、中继原子等工程学方法制造出超材料。这种超材料具有在三维空间整齐布阵的微小粒子，而且它们的尺寸达到了纳米级，在扫描探针显微镜观察下呈现出有序的微观结构：“当微观结构的尺寸与光波的波长相当时，就能够表现出某些光学和电磁学上的特异性。而我的材料结构比光波波长还小。”
事实上，普通的材料无论如何看似光滑，对于微粒子来说都好像雨点打在鸟巢体育场那样大的粗糙核桃壳上一样，总是会向各个角度产生反射。只有把结构做到比光子还要小，才有可能做出足以让光线如同激流经过鹅卵石一般的流线体。沙拉耶夫正是这样完成了他的隐身衣的材料。随后，他依靠一排从中心点开始像一个圆形的梳子沿轮辐方向向外辐射的微型针，将光的折射和扭曲减少到几乎为零，使得围绕着隐身衣的光线发生弯曲，致使人们看不见斗篷。
2008 年10 月，沙拉耶夫在美国《科学》杂志上把隐身衣的秘密公诸于世，同时向人们宣布：“只有超材料才能织就隐身衣。” 然而他志得意满之际似乎忽略了一个事实：当隐身衣把他遮得严严实实的时候，他也成为一只被缝在布袋里的小白鼠。别人看不见他，而他也什么都看不见。除非他挖两个洞露出眼睛，但是两颗悬在空中眨巴眨巴的大眼睛也足够把观众们惊倒了。现在，必须再给隐身衣设计一副配套的墨镜，才能做到完全隐身。
如果说，让人看不到墨镜的里面就好比隐形技术；那么，让戴墨镜的人能清楚地看到外面则可以称为反隐形技术。沙拉耶夫所没有解决的反隐形技术其实早已开始被其他科学家关注。
2007 年11 月，上海交大的陈焕阳博士在美国《应用物理快报》上公布了他对抗隐形技术的研究结构。他和同事们设计出一种光学属性与那些隐形斗篷完美匹配的材料：“用术语来说，就是一种各向异性负折射率材料，它的阻抗与隐形斗篷的正折射率相匹配。” 事实上，它的原理有点像是给手枪装上消音器：用相同频率的声波的波峰来填补所发出的声音的波谷，最终完全抵消空气振动。其实，沙拉耶夫只要将这样的反隐形材料贴在隐身衣上，就可以让一些光线按照指定的路径渗透进来，从而部分抵消隐身衣的效应。
陈焕阳和同事们研究的反隐形技术在隐身衣内产生了破坏隐身性能的效果，这已经初步解决了隐身衣内外之间无法通讯的问题。事实上，陈焕阳也同时在进行着隐形技术的研究，只不过不是为了做衣服。在他的设想中，可以利用隐形技术做出一道隐藏之门的设计：用隐形技术制作的材料置于大门的中间，就能让门看上去像是和周围的墙一样；而在门内的人则能够通过反隐形技术观察到外面的人的一举一动。这项技术也许将被开发于军事领域，难怪美国前驻华武官在美《防务新闻》网站上援引此例惊呼未来中国将对美国的隐形武器构成巨大威胁。