科技雲:超材料的應用潛力和發展空間

2020-11-25 光明網

　　超材料是一種人工複合材料，它擁有天然材料所不具備的諸如負折射率、逆都卜勒效應以及超解析度成像等超常物理屬性。近年來，超材料在隱身、成像、電子對抗等領域的應用成果不斷湧現，展現出很大的應用潛力和發展空間。

　　超材料隱身鬥篷

　　超材料隱身技術，是超材料技術研究較集中的方向。近年來很多軍事大國競相投入，將超材料用於研製隱身鬥篷，為實現未來戰場的「單向透明」再添利器。

　　超材料隱身鬥篷的秘密在於：當探測波（光波、電磁波或機械波）從外界入射時，它將繞過隱身鬥篷的被覆蓋體或被遮擋體，再繼續沿原入射方向傳播，沒有反射和損耗。就像被覆蓋體或被遮擋體根本不存在一樣，從而在技術上實現了完美隱身。

　　據相關研究人員介紹，目前超材料隱身技術已取得實質性突破，或將在未來軍事應用中開闢出新天地。例如，超材料隱身鬥篷可以掩護迫降等待救援的飛行員，可以掩護偵察機躲避間諜衛星或監視氣球，還可在登陸作戰中掩護突擊隊員搶灘登陸等等。

　　超材料天線

　　超材料還能應用於天線製作。大量實驗表明，將超材料應用到雷達、飛彈、太空飛行器等的天線上，可以大大降低天線能耗、拓展工作帶寬，有效增強天線的聚焦性和方向性。

　　此前，英國BAE系統公司開發出一種用於無人機通信的超材料平面天線。實驗證明，電磁波可在透過平面天線後聚焦，同時保留平面天線的寬帶性能，能有效消除傳統拋物面天線變為平面天線所帶來的帶寬損失、低增益等問題。

　　此外，科研人員還在試圖研製出一種超材料平面天線，它在提升通信性能的同時，能進一步減少天線數量。此項實驗技術突破，或將使飛機、艦艇、衛星等的天線設計產生劃時代變革。

　　超材料透鏡

　　眾所周知，透鏡是許多光學儀器不可或缺的組成部分。它通常由玻璃製成，而玻璃透鏡由於具有一定的體積和重量，常常會使儀器變得笨重。

　　近年，國媒研究團隊開發了首個超材料透鏡，可將整個可見光譜聚焦在同一個點上，而且是以高解析度實現的。在此之前，這只能通過標準的曲面透鏡堆疊來實現。

　　他們使用約600納米高的二氧化鈦納米磚塊，「堆砌」成了纖薄如紙的超材料聚光鏡片，其有效放大倍率高達170倍，且放大後的圖像解析度完全能與常規的光學玻璃透鏡媲美。

　　由於超材料透鏡造價相對低廉，比紙更薄，比玻璃更輕，且能完全兼容矽晶片技術，因此有巨大的潛在應用空間。

　　相關研究人員介紹，由於目前的超材料透鏡對通過光波的波長很「挑剔」，他們正在嘗試攻克複合波長的光波在超材料透鏡中通過的難關。一旦成功，光學應用領域如顯微鏡鏡頭、智慧型手機鏡頭等，都將發生顛覆性改變。

[ 責編：丁玉冰 ]

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