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3D打印可隱形超材料技術(shù)新突破

國(guó)外
2015
01/30
09:21
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評(píng)論
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(lèi)的文學(xué)作品中出現(xiàn),。不過(guò)如今科學(xué)家在開(kāi)發(fā)的3D打印技術(shù)正將這種夢(mèng)幻的想法一步步推向現(xiàn)實(shí)。事實(shí)上,,根據(jù)華裔科學(xué)家辛皓的說(shuō)法,,在我們的有生之年可能會(huì)看到類(lèi)似《哈利波特》中隱身斗篷的技術(shù)在軍用飛機(jī),甚至是人身上使用,。


辛皓先生是亞利桑那大學(xué)的電氣與計(jì)算機(jī)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(lèi)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(zhì)3D打印超材料的方法,。使用這種方法3D打印出來(lái)的超材料具有一種奇特的“負(fù)折射”的特性,也就意味著這種材料可以實(shí)際上使光波倒退。


這種超材料比較類(lèi)似于多孔保齡球和微小銅線電路板,。當(dāng)它們以非常精細(xì)的幾何結(jié)構(gòu)組裝時(shí),,結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)負(fù)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(shuō)的隱形,、幻覺(jué)等,。

亞利桑那大學(xué)提供的一個(gè)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(huì)在水面之下稍微彎曲(見(jiàn)下圖),。而現(xiàn)在,如果這杯水有負(fù)折射的特性,,那您看到的秸稈就會(huì)像下面這樣,,甚至最終消失。在未來(lái),,用同樣的技術(shù)可以制作出隱形斗篷(使用人工設(shè)計(jì)折射性的材料),,當(dāng)人穿上后能夠彎曲他們周?chē)墓猓踔磷屇眢w的某一部分變得不可見(jiàn),。



光負(fù)折射圖片來(lái)源:www.cfn.kit.edu

其實(shí),,彎曲光線的做法已經(jīng)提出很多年,但就目前的技術(shù)條件來(lái)說(shuō),,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(duì)象還無(wú)法做到完全隱形。事實(shí)上,,目前的設(shè)計(jì)往往會(huì)吸引更多注意的目光,,因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)的外形看上去非常奇怪�,!爱�(dāng)前超材料面臨的一個(gè)最大的問(wèn)題是它們會(huì)造成能量損失,,也就是說(shuō)光波通過(guò)這種人造材料后會(huì)出現(xiàn)衰減�,!毙琉┙淌谡f(shuō),。

為了解決這個(gè)問(wèn)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(shù)融入設(shè)計(jì)中,。“我們已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種超材料,,其保持負(fù)折射,,但不會(huì)減少能量�,!笔聦�(shí)上,,這種3D打印的裝置,不僅防止能量損失,還能在它穿過(guò)材料時(shí)通過(guò)微波強(qiáng)化導(dǎo)致能量增益,�,!昂芏嗳瞬徽J(rèn)為能夠在負(fù)折射的條件下還能實(shí)現(xiàn)能量增益�,!毙琉┱f(shuō),。



圖片來(lái)源:phys.org
辛皓的這項(xiàng)研究成果已經(jīng)發(fā)表在在線雜志《NatureCommunications》上,論文標(biāo)題為《微波增益介質(zhì)與負(fù)折射率(MicrowaveGainMediumwithNegativeRefractiveIndex),。據(jù)了解,,該研究得到了美國(guó)空軍科學(xué)研究辦公室(AFOSR)的資助,顯然,,這項(xiàng)技術(shù)在軍事上有著廣泛的用途,。比如如果這項(xiàng)技術(shù)成熟的話,將其用在軍用飛機(jī)上,,無(wú)論是視覺(jué)上還是雷達(dá)上您都無(wú)法看到它,。



當(dāng)然,這項(xiàng)技術(shù)在軍用之外還有很多其它的應(yīng)用,。辛皓教授對(duì)于微波頻率的研究也可以用于光學(xué),、聲學(xué)和其他類(lèi)型的輻射波,使得工程師能夠改進(jìn)顯微鏡,,使他們能看到最微小,、最精確的細(xì)節(jié),例如單個(gè)的蛋白質(zhì)和病毒,。

信息來(lái)源:家電靚裝好特鋼


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