中國新材料曝光領(lǐng)跑全球：助國產(chǎn)隱形機研發(fā)

也許風靡一時的動畫片《超能陸戰(zhàn)隊》中主人公發(fā)明的微型機器人及其聚集體曾讓您大呼神奇，也許您曾對小說《哈利·波特》中那件隱身斗篷印象深刻，也許您也對自然界的偽裝大師烏賊和變色龍能夠瞬間變色的皮膚而匪夷所思……

事實上，借助一種被稱為“超材料”的東西，全球的材料學家和物理科學家們正在將上述聽起來十分“科幻”的東西變?yōu)楝F(xiàn)實：“隱形”飛機、筆記本大小的衛(wèi)星天線、能感應地形的智能鞋子、能復原的彈性陶瓷、可減輕地震或海嘯影響的防護墻壁等等。

這種超材料的新奇之處在于，通過復雜的人工手段對物質(zhì)原子、分子施加影響來改變材料的力學性質(zhì)，讓光波、雷達波、無線電波、聲波甚至地震波彎曲。這種超材料被科學家譽為“由材料組成的‘材料’”。

上月，《電磁超材料術(shù)語》向國家標準管理委員會報批，標志著我國在超材料領(lǐng)域即將擁有國家標準。目前，全球“工業(yè)4.0”進程持續(xù)深化、“智能+”應用領(lǐng)域不斷擴大，對于處在超材料應用領(lǐng)先地位的中國企業(yè)來說，步子更快一些，膽子再大一點，力爭在未來一些戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)及人工智能革命領(lǐng)域引領(lǐng)世界潮流。因為有一點毋庸置疑：未來的世界，將由超材料來建造。

“彎曲光、改變波”

殲-20

材料，人類社會各大產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根基。隨著工業(yè)化進程不斷深入，傳統(tǒng)高性能材料對稀缺資源的依賴程度越來越高，而科學家們在自然界尋找具有超物理特性的天然材料的嘗試卻收效甚微。在這種情況下，科學家意識到，要想獲得那些超越常規(guī)材料性能極限的新型功能性材料，必須另起爐灶。

2000年，美國加州大學圣地亞哥分校的物理學家戴維·史密斯和他的同事做的一個新奇實驗，讓全球的材料科學家們對物質(zhì)世界的看法發(fā)生了一些改變。試驗中，一種運用微波技術(shù)的材料成功地把一個直徑5厘米的銅制小圓筒隱藏起來，雖然這一隱形范圍只相當于一粒豌豆。

這一實驗讓文學描寫中不斷出現(xiàn)、而根據(jù)傳統(tǒng)光學定律根本不可能實現(xiàn)的“隱身衣”有了問世的可能，也宣告了超材料學的誕生。

那么問題來了——究竟什么是超材料？

超材料，英文稱為Metamaterial，其中拉丁語詞根“meta-”表示“超出、另類”等含義。一般文獻中給出的超材料定義是“具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復合結(jié)構(gòu)或復合材料。”

超材料性能神奇

首先讓我們從中學物理課上老師都會演示的一個現(xiàn)象說起：當一束光從空氣斜射入水中，會產(chǎn)生入射光和折射光，它們居于法線的兩側(cè)。因為這種反射現(xiàn)象，我們能夠看到大自然中的許多物體。那么，是否存在這樣一種介質(zhì)，當光入射其表面時，入射光與折射光位居法線同側(cè)呢？

其實早在1968年時，前蘇聯(lián)理論物理學家菲斯拉格(Veselago)便提出了這個疑問，并在理論上預測了上述“反常”現(xiàn)象。只是由于沒有實驗驗證，加之當時處于功能材料發(fā)展初期，人們對菲斯拉格的發(fā)現(xiàn)并未予以足夠重視。