中外两家高校着力研究电磁波“隐身衣”机理

中国教育装备采购网2014-01-27 09:54围观199次我要分享

  近期,本报曾报道浙江大学研究团队,正在从事电磁波“隐身衣”机理及实验研究,同期,加拿大多伦多大学的专家也在利用电磁场原理致力此类研究。隐身,这个看似不可能的梦想,被很多科学家当成了实实在在的事儿。

  美国曾计划实施一项帮助坦克装甲车辆隐身的“变色龙计划”。原理是发明出一种新型材料,可以像隐形罩一样罩住其他物体,从而使其不被发现。

  隐形衣的关键技术在于一种特殊人造材料,该材料能避开光线和物体周围其他形式的电磁辐射。人之所以能看到物体,是因为物体阻挡了光波通过。如果有一种材料敷在物体表面,能引着被物体阻挡的光波“绕着走”,那么光线就似乎没有受到任何阻挡;在观察者看来,物体就似乎变得“不存在”了,也就实现了视觉隐身。

  目前,“隐身术”大致分为两类:一种是利用材料的特殊晶格结构改变物体本身的折射率,让电磁波(可见光、微波与红外线)“拐弯”;另一种则是利用雷达吸波材料(RAM)吸收电磁波,这种技术主要针对波长较短的微波,还没有扩及到可见光领域。与基于RAM的隐形战机、战舰等不同的是,战地隐形衣要面对的不是敌方雷达的“电子眼”,而是肉眼的实地观察,这在某种程度上更贴近隐身的本来意义,在技术层面上更难实现。下面,本文找来了现今最为先进的隐身技术。

  纳米材料让光偏折

  美国开发出一种新型材料,可在纳米尺度上让可见光弯曲,假如下一步能在正常尺度上实现这一奇观,科幻世界中的神奇隐形衣就有望成为现实。

  据称,这种新材料在纳米尺度上,可以使三维空间内的可见光弯曲,也就是说照射在这种材料上的可见光不能像正常情况下那样偏折,人眼也就无法“看到” 它。虽然目前美国只是在纳米尺度上实现了“隐形”,但从理论上讲,同样的原理在正常尺度下也应该能实现。因此,将来可能会有人用这种材料制成隐形衣。

  “元材料”技术助隐形

  “元材料”技术,就是将聚合材料和微小的锡卷或金属丝混合制成,从而使电磁辐射的路径弯曲。这种隐形技术,就像在空间开了一个洞,在元材料的引导下,所有的光和电磁波在这个区域都不存在,好像隐形了一样。

  当然,开发隐形技术并不像哈利·波特小说里描写的那样富有传奇色彩,科学家还要解决很多科学难题,例如,为了达到完全隐形的效果,通过被隐形的物体最近的光波必须以超过相对论的光速极限的方式偏转;隐形罩可以用于覆盖任何形状的物体,但不能飘动;要想研制出针对视觉的隐形材料难度很大,其结构必须是纳米(十亿分之一米)级别等等。

  模仿自然光谱

  此类隐形衣印有与大自然主色调一致的由6种颜色构成的变形图案。这些图案是经过计算机对大量丛林、沙漠、岩石等复杂环境进行统计分析后模拟出来的。

  该隐形衣色彩的种类、色调、亮度、对光谱的反射性能,以及各种色彩的面积分布比例都经过精确的计算,可使着装者的轮廓产生变形,从近距离上看是明暗反差较大的迷彩;在远距离观察,其细碎的图案与周围环境完全融合,即使目标在运动状态也不易被发现。

  模仿红外光波

  模仿红外光波的隐形衣材料由精选的6种颜色作为染料,并掺进特殊化学物质后制成。反红外侦察隐形衣与周围自然景物反向的红外光波大致相似,颜色效果更接近大自然的色彩环境,以此迷惑敌人的视觉和干扰红外侦察器材,提高作战的突然性。

  微波“绕着走”

  美国杜克大学与我国东南大学合作,研制出一种“隐形衣”。新制作出的隐形材料可以引导微波“转向”,避开仪器探测,从而防止物体被发现。与光和雷达波一样,微波探测到物体的原理是物体阻挡了微波通过的途径,使其产生阴影,从而“显形”。

  这种敷在物体表面的材料,能引着微波“绕着走”。这种隐形衣外形如同一条黄色的浴巾,由数以千计的类似人造玻璃纤维的“超材料”组成,这些材料可以 “抓住”微波并改变其方向。当微波射到披有隐身材料的物体上时,微波就会绕过去,起到将物体隐形的作用。整个过程就像水流经一块圆滑的岩石而发生分流一样。

  “左手材料”开“天眼”

  隐形材料还有比隐形衣重要得多、影响深远得多的用途。这就是运用隐形材料做成“完美透镜”———负折射透镜。

  “左手材料”与物理学中电磁波传播遵循的“右手定律”背道而驰。举个例子来说,在自然界,光线折射遵循折射定律,总是沿正折射角方向折射,但是面对这种材料,光线将会沿负折射角方向折射,到了另外一边,形成“负折射”。假如说隐形衣是想让别人看不到你,那么负折射透镜就是让你看到别人看不到的东西。

  “光学伪装”成背景

  这种衣服外覆盖一层反光小珠,衣服上还装有数个小型摄像仪。当有人穿上衣服后,衣服的前面会显示摄像仪拍下的背景影像,衣服后面则显示前景影像,这就使穿着者与环境融为一体,达到隐形效果。

  虽然这件隐形衣还无法让穿着者完全隐形,但它证明隐形在技术上已经不存在问题,科学家距离发明完美的隐形衣已经不远。

  “刺猬斗篷”能隐身

  这种隐形衣的材料就是一种微型金属针,能够改变物质折射率。长短不一的金属针以不同角度安装在斗篷表面,使斗篷看上去像个呈圆锥体的发梳。

  这些金属针可以把斗篷里面的反射率从0增至1,与斗篷外面的反射率基本持平。光线因此无法在斗篷表面发生反射,只能绕过斗篷。但这种技术还面临一个巨大挑战,即当前技术只能一次改变一种波长范围内的可见光的方向,而不能同时改变全部范围内的可见光。

  杜克大学的研究人员率先试制出一种能对微波隐形的二维超材料。他们将铜环与微丝布放到多层玻璃纤维复合材料上形成巧妙的微结构,它能让微波转向,如同水流绕开岩石一样。研究人员的最终目的是实现可见光下的隐形,这也是五角大楼所期盼的。

来源:人民网

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