3D打印可隱形超材料技術(shù)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(xué)作品中出現(xiàn)。不過如今科學(xué)家在開發(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)家辛皓的說法，在我們的有生之年可能會(huì)看到類似《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，也就是我們常說的隱形、幻覺等。

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，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圍的光，甚至讓您身體的某一部分變得不可見。

光負(fù)折射圖片來源：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(duì)象還無法做到完全隱形。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)最大的問題是它們會(huì)造成能量損失，也就是說光波通過這種人造材料后會(huì)出現(xiàn)衰減�！毙琉┙淌谡f。

為了解決這個(gè)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(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，還能在它穿過材料時(shí)通過微波強(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。

圖片來源：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，無論是視覺上還是雷達(dá)上您都無法看到它。

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。

信息來源：家電靚裝好特鋼