3D打印可隱形超材料技術新突破

隱形，從古至今一直是人們向往的神奇力量之一，迄今為止還只能在科幻、魔法、神話之類的文學作品中出現(xiàn)。不過如今科學家在開發(fā)的3D打印技術正將這種夢幻的想法一步步推向現(xiàn)實。事實上，根據(jù)華裔科學家辛皓的說法，在我們的有生之年可能會看到類似《哈利波特》中隱身斗篷的技術在軍用飛機，甚至是人身上使用。

辛皓先生是亞利桑那大學的電氣與計算機工程教授，他一直在從事超材料（metamaterials）制造方面的研究。所謂超材料，是指擁有自然界并不存在的性能的合成材料，比如彎曲電磁波、聲波和其他類型的能力波等。與其合作研究者一起，辛皓發(fā)現(xiàn)了一種使用金屬、塑料和其它物質3D打印超材料的方法。使用這種方法3D打印出來的超材料具有一種奇特的“負折射”的特性，也就意味著這種材料可以實際上使光波倒退。


這種超材料比較類似于多孔保齡球和微小銅線電路板。當它們以非常精細的幾何結構組裝時，結果就會出現(xiàn)負折射現(xiàn)象：周邊的能量波出現(xiàn)非自然的彎曲，也就是我們常說的隱形、幻覺等。

亞利桑那大學提供的一個比較直觀的例子是想象一根稻草插在一杯水里面。在正常的折射率條件下，您看到的秸稈會在水面之下稍微彎曲（見下圖）。而現(xiàn)在，如果這杯水有負折射的特性，那您看到的秸稈就會像下面這樣，甚至最終消失。在未來，用同樣的技術可以制作出隱形斗篷（使用人工設計折射性的材料），當人穿上后能夠彎曲他們周圍的光，甚至讓您身體的某一部分變得不可見。

光負折射圖片來源：www.cfn.kit.edu

其實，彎曲光線的做法已經(jīng)提出很多年，但就目前的技術條件來說，仍然有一小部分的光不可避免地出現(xiàn)反射，這意味著該對象還無法做到完全隱形。事實上，目前的設計往往會吸引更多注意的目光，因為這種設計的外形看上去非常奇怪。“當前超材料面臨的一個最大的問題是它們會造成能量損失，也就是說光波通過這種人造材料后會出現(xiàn)衰減。”辛皓教授說。

為了解決這個問題，研究小組發(fā)現(xiàn)了一種方法，可以將電池供電的隧道二極管以及微納米制造技術融入設計中。“我們已經(jīng)設計了一種超材料，其保持負折射，但不會減少能量。”事實上，這種3D打印的裝置，不僅防止能量損失，還能在它穿過材料時通過微波強化導致能量增益。“很多人不認為能夠在負折射的條件下還能實現(xiàn)能量增益。”辛皓說。

圖片來源：phys.org
辛皓的這項研究成果已經(jīng)發(fā)表在在線雜志《NatureCommunications》上，論文標題為《微波增益介質與負折射率（MicrowaveGainMediumwithNegativeRefractiveIndex）。據(jù)了解，該研究得到了美國空軍科學研究辦公室（AFOSR）的資助，顯然，這項技術在軍事上有著廣泛的用途。比如如果這項技術成熟的話，將其用在軍用飛機上，無論是視覺上還是雷達上您都無法看到它。

當然，這項技術在軍用之外還有很多其它的應用。辛皓教授對于微波頻率的研究也可以用于光學、聲學和其他類型的輻射波，使得工程師能夠改進顯微鏡，使他們能看到最微小、最精確的細節(jié)，例如單個的蛋白質和病毒。

信息來源：家電靚裝好特鋼