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隱身衣和隱身材料的那些神奇的事兒……

2016-06-08 16:56:03 作者：本網(wǎng)整理來源：材料牛分享至：

相信看過《哈利波特》的小伙伴都對隱身衣有著濃厚的興趣，那我們今天就來聊一聊關(guān)于隱身衣和隱身材料的那些事情。

為何可以隱身？

我們之所以能夠看到物體，是因為物體會將照射到其表面上的光線分散開，并反射到人的眼睛里，也就是說物體阻擋了光波的通過。要想實現(xiàn)隱身，就必須有一種材料能夠引導(dǎo)光線繞開物體的阻擋，然后進(jìn)入人的眼睛，那么人們就會透過物體看到背后的事物，從而實現(xiàn)光學(xué)隱身。

美國杜克大學(xué)教授戴維·史密斯等人認(rèn)為，隱身衣的功能和制作原理就像是流水一樣，把一塊石頭放在溪水里，溪水會繞過石頭繼續(xù)向前流動。而且他還提出，要想制造改變光線傳播方向的材料，關(guān)鍵是材料的晶格結(jié)構(gòu)特性，而不是其物質(zhì)構(gòu)成。為此，必須建立一套決定材料晶格結(jié)構(gòu)的理論計算模型，并按照模型的計算方法才能設(shè)計制造出理想中的隱身材料。

上面是隱身衣的示意圖。點光源放在隱身衣附近，光線無法進(jìn)入隱身的區(qū)域，但是經(jīng)過隱身衣后又回復(fù)至其在真空中的傳播路線。（引自 J. B. Pendry, D. Schurig, and D. R. Smith, Science 312, 1780 （2006）。）

目前已經(jīng)有部分研究團(tuán)隊做出了隱身材料或者叫隱身結(jié)構(gòu)。

2013年，浙江大學(xué)陳紅勝教授研究團(tuán)隊工作人員演示一件"隱身"裝置的效果。當(dāng)一支鉛筆被放入該裝置中時，鉛筆的中間部位"不見了",但該部位的背景圖案仍然可見。

雖然不一定是陳老師的研究成果。不過可以很清晰的看到材料基本能夠"隱身".

陳老師的研究成果原理是這樣的：電磁波（包括光波）照射到物體時，會在物體上發(fā)生散射；散射的電磁波被接收后，就表明那里存在物體。如果能讓電磁波"轉(zhuǎn)彎",繞著物體走，這樣物體就能 "隱身".

德克薩斯大學(xué)-奧斯汀分校的科學(xué)家們發(fā)明了一款以電池為電源的隱身斗篷。這個團(tuán)隊由科克雷爾工程學(xué)院（Cockrell School of Engineering）的Andrea Alù領(lǐng)導(dǎo)，采用名為超穎表面（metasurface）的高科技材料來最小化光散射。結(jié)果是隱藏在這些材料后面的東西幾乎不可見。但在某些情況下，這種方法是行不通的。例如，如果你赤身裸體地站在明亮的光線下，那每一個人都很可能看見你并嘲笑你。

除了以上兩個例子之外，還有部分研究團(tuán)隊也拿出了一些讓人驚艷的成果。這里就不贅述了。

以上這些隱身材料都要實現(xiàn)的是人肉眼看不見的隱身，也就是前面提到的"視覺隱身".這類隱身材料，世界各地研究的并不太多。

反雷達(dá)的隱身材料

要說隱身材料，可不僅僅是披在身上的"隱身斗篷".畢竟，實現(xiàn)這樣的隱身，暫時沒有什么太大的用途。而更大一類、研究得更多的是實現(xiàn)的是雷達(dá)上的"隱身"的材料。

與視覺隱身材料的原理不太一致，反雷達(dá)隱身材料的原理可以分成三類：一類是材料吸收雷達(dá)波后，以能量損耗的方式將電磁能轉(zhuǎn)換為熱能而散發(fā)。

第二類是材料將雷達(dá)波迅速分散到裝備全身，降低目標(biāo)散射的電場強度；第三類是通過材料上下表面的反射波迭加干涉，實現(xiàn)無源對消。

相比于結(jié)構(gòu)隱身，隱身材料技術(shù)在雷達(dá)隱身上更活躍。這樣的材料至今已有十?dāng)?shù)種之多。

針對雷達(dá)，紅外，激光探測所對應(yīng)的隱身材料主要有以下幾類：

1:雷達(dá)隱身材料，包括涂敷型吸波材料和結(jié)構(gòu)型吸波材料兩種。

2:紅外隱身材料。

3:激光隱身材料。

4:多波段復(fù)合兼容隱身材料，包括雷達(dá)/紅外兼容隱身材料，紅外/激光兼容隱身材料，雷達(dá)/激光兼容隱身材料，雷達(dá)/紅外/激光兼容隱身材料四種。