隐身是人类一直都有的梦想,各个国家的文学作品中都有体现。比如哈利波特中的隐身衣,我国神话小说中的隐身术等。甚至当前军事装备研究中最热门的“隐形飞机”“隐形舰艇”等,都体现了人们对隐身的渴望。而实现这些隐身的愿望,关于各类光吸收、光反射的隐身材料的研究与制备就必不可少。
隐身材料按频谱可分为声、雷达、红外、可见光、激光隐身材料,按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料。这里介绍几类重要的隐身材料。
雷达吸波材料是最重要的隐身材料之一,它能吸收雷达波,使反射波减弱甚至不反射雷达波,从而达到隐身的目的。雷达吸波材料中尤其以结构型雷达吸波材料和吸波涂料最为重要,国外目前已实用的主要也是这两类隐身材料。
红外隐身材料作为热红外隐身材料中最重要的品种,因其坚固耐用、成本低廉、生产方便,且不受目标几何形状限制等优点一直受到各国的重视,是近年来发展最快的热隐身材料,有些可兼容红外、毫米波和可见光。
由于纳米材料的结构尺寸为纳米数量级,物质的量子尺寸效应和表面效应等方面对材料性能有重要影响。纳米隐身材料按其作用机制可分为电损耗型与磁损耗型。纳米复合隐身材料因为具有很高的对电磁波的吸收特性,已经引起了各国研究人员的高度重视,而与其相关的探索与研究工作也已经全面展开。尽管目前工程化研究仍然不成熟,实际应用未见报道,但其已成为隐身材料重点研究方向之一,今后的发展前景一片光明。而其一旦应用于实际产品,也必将会对各国的政治、经济、军事等多方面产生巨大影响。
以上情况都是基于两种基本的方法来实现隐身的:第一是考虑改变结构的构型,从而减少雷达波的反射波和散射波;第二是在结构表面涂敷各种功能材料,从而达到损耗或散射雷达波以抑制目标表面红外辐射强度,这些隐身涂敷材料均是基于吸波原理来实现隐身的,仅适用于单基点探测源,无法实现结构的完美隐身。(www.daowen.com)
近年来,随着材料制备科学的发展,一种新型材料,即“左手材料”问世,该类材料完全颠覆了人类以前对于材料的看法,因为该类材料具有与现在人们所熟知的材料完全相反的特性,即一定的频段下同时具有负的磁导率和负的介电常数。
2001年Smith等基于Pendry提出的理论模型,首次制备出微波段的左手物质,并通过实验证实了这种左手材料的存在性。随后左手材料研究学者先后攻克了几大难关,使得左手材料的研究取得了巨大进展,并被Science杂志评为2003年度十大科技进展之一。左手材料因其特有的“反特性”,可以实现视觉隐身的效果。
随着左手材料研究的不断进展,Alu等于2005年提出在不要求高损耗的情况下,使用低损耗甚至无损耗的材料涂层,依靠一种新的、完全不同的机理,降低球或柱体总散射横截面的方法。在随后的几年中,相继出现了Pendry等人基于坐标变换方法设计出的一种使电磁波发生绕射的“隐身斗篷”,Ruan等人提出的理想圆柱斗篷,使基于左手材料的“隐身衣”进入人们的视野,尤其是在军事领域受到了越来越多的关注。可以预见的是,该类材料不仅在隐身材料领域,还会在超级透镜以及其他超级材料等领域扮演越来越重要的角色。
化学小贴士
特氟龙(Teflon)又称聚四氟乙烯,英文缩写为PTFE。特氟龙最早是由化学家罗伊·普朗克特(Roy J.Plunkett)博士于1938年在杜邦公司位于美国新泽西州的Jackson实验室中意外发现的。这种材料是一种用氟取代聚乙烯中所有氢原子后的高分子材料,该材料不仅抗酸、碱以及各种有机溶剂,还具有耐磨性和抗湿性的特点,几乎难溶于所有的有机溶剂。另外,这种材料还具有低摩擦系数和耐高温的特点,因此常被用作不粘锅及水管内壁涂层,从此家庭主妇们可以从容面对饭后如何处理锅底锅巴等问题。
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