神奇功能改變未來作戰

超材料因其獨特的物理性能而一直備受人們的青睞，在軍事領域具有重大的應用前景。近年來，超材料在隱身、電子對抗、雷達等領域的應用成果不斷涌現，展現出巨大應用潛力和發展空間。

隱身是近年來出鏡率最高的超材料應用，也是迄今為止超材料技術研究最為集中的方向，如美國的F-35戰斗機與DDG1000大型驅逐艦均應用了超材料隱身技術。未來，超材料在電磁隱身、光隱身和聲隱身等方面具有巨大應用潛力，在各類飛機、導彈、衛星、艦艇和地面車輛等方面將得到廣泛應用，使軍事隱身技術發生革命性變革。超材料實現隱身與傳統隱身技術的區別是，超材料使入射的電磁波、可見光或聲波繞過被隱藏的物體，在技術上實現真正意義上的隱身。

在電磁隱身方面，2006年，美國杜克大學與英國帝國學院合作提出了一種微波頻段的電磁隱身設計方案，這種設計方案由10個同心圓筒組成，采用矩形開口環諧振器單元結構，實驗結果證實負折射率材料用于物體的隱身是可行的。2012年，美國東北大學采用摻雜鈧的M型鋇鐵氧薄片和銅線組合，設計和試驗了可在33～44吉赫茲電磁波段實現可調的負折射率材料。美國雷神公司開發了“透波率可控人工復合蒙皮材料”，該材料采用嵌入了可變電容的金屬微結構頻率選擇表面，通過控制加載在可變電容上的偏置電壓，可以改變頻率選擇表面的電磁參數，從而實現材料透波特性的人工控制，可應用于各種先進雷達系統和下一代隱身戰機的智能隱身蒙皮。

在光學隱身方面，2012年，加拿大超隱形生物公司發明了一種名為“量子隱身”的神奇材料。它能使周圍光線折射而發生彎曲，從而使其覆蓋的物體或人完全隱身，不僅能“騙”過人的肉眼，在軍用夜視鏡、紅外探測器的探測下也能成功隱身。這種材料不僅能幫助特種部隊在白天完成突襲行動，而且有望在下一代隱形戰機、艦艇和坦克上應用。2014年，美國佛羅里達大學的研究團隊研制出一種可實現可見光隱身的超材料，實現這一技術突破的關鍵是利用納米轉移印刷技術制造出一種多層三維超材料。納米轉移印刷技術可改變這種超材料的周圍折射率，使光從其周圍繞過而實現隱身。

在聲隱身方面，2011年，美國杜克大學卡默爾教授的團隊開發出一種二維聲學斗篷，能使10厘米大小的木塊不被聲波探測到。2014年3月，杜克大學制造出世界上首個三維聲學斗篷，它是一種利用聲隱身超材料制成的聲隱身裝置，能使入射聲波沿斗篷表面傳播，不反射也不透射，實現對探測聲波的隱身。三維聲學斗篷由一些具有重復排列小孔的塑料板組成，能在3千赫茲的聲波下表現出完美的隱身效果，驗證了聲學斗篷應用于主動聲吶對抗的可行性。此外，美海軍自主開發一種名為“金屬水”的潛艇聲隱身技術，制造一種六角形晶胞結構的鋁材料，并將其納入潛艇艇殼外覆蓋的靜音材料內，實現對聲波引導，達到隱身目的。聲隱身超材料技術的發展將對潛艇等水下裝備的隱身產生變革性影響，有可能改變未來水下戰場的“游戲”規則。

除了傳統意義上的隱身，最近超材料在觸覺隱形上也有了新的突破。2014年，德國卡爾斯魯厄理工學院的研究人員利用機械超材料制成觸覺隱形斗篷。這是一種全新的隱身技術，可以欺騙人體和探測設備的傳感器。這種觸覺隱形斗篷由超材料聚合物制成，具有特殊設計的次微米精度的晶體結構。晶體由針尖相接觸的針狀錐組成，接觸點的大小需精確計算，以滿足所需的機械性能。利用這種超材料制造的隱形斗篷可以屏蔽儀器或人體的觸覺，如用隱形斗篷覆蓋住放在桌面上的一個突出物體，雖然可見突出物，但用手撫摸時無法感到物體突出，就像撫摸平整的桌面一樣。該技術雖然還在純粹的基礎物理研究階段，但是將會為近幾年的國防應用開辟一條新路。

天線與天線罩是超材料的另一個用武之地。國外眾多實驗表明，將超材料應用到導彈、雷達、航天器等天線上，可以大大降低天線能耗，提高天線增益，拓展天線工作的帶寬，有效增強天線的聚焦性和方向性。

天線方面，雷神公司研發了超材料雙頻段小型化GPS天線，通過精確的人工微結構設計，可提升天線單元間的隔離度，減少天線原件之間的電磁耦合，從而使天線的帶寬得到大幅拓展，其可應用于對天線尺寸要求苛刻的飛機平臺與個人便攜式戰術導航終端。2011年2月，洛克希德·馬丁公司與賓夕法尼亞大學聯合開發了一種新型電磁超材料，可用于在喇叭形衛星天線上，使產品體積更小，制造成本更低，并能夠顯著提高航天器天線的性能。2014年，英國BAE系統公司開發出一種可用于無人機通信的超材料平面天線，可使電磁波在透過平面天線后進行聚焦，在實現對電磁波聚焦的同時保留了平面天線的寬帶性能，克服了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，同時可實現一個天線替換多個天線，減少天線的數量。這一技術突破可能使飛機、艦艇、衛星等天線的設計產生劃時代的變革。

雷達天線罩方面，在美國海軍的支持下，美國公司成功研發出雷達罩用超材料智能結構，并應用于美軍新一代的E2“鷹眼”預警機，大幅提高了其雷達探測能力。通過采用超材料的特殊設計，該項目提供了解決傳統雷達罩圖像畸變的問題，同時這種超材料電磁結構質量輕，方便后期的改裝和維護，極大提高了E2“鷹眼”預警機的整體性能。

導彈天線罩方面，美國雷神公司研制了基于超材料的導彈天線罩，可以使穿過導彈天線罩的電磁波不產生有效折射，有效提高導彈打擊精度。

用于制作光學透鏡的超材料，可以制作不受衍射極限限制的透鏡、高定向性透鏡以及高分辨能力的平板型光學透鏡。其中不受衍射極限限制的透鏡主要應用于微量污染物質探測、醫學診斷成像、單分子探測等領域；高定向性透鏡主要應用于透鏡天線、小型化相控陣天線、超分辨率成像系統等領域；高分辨能力的平板型光學透鏡主要應用于集成電路的光學引導原件等領域。2012年，美國密西根大學完成一種新型超材料透鏡研究，可用于觀察尺寸小于100納米的物體，且在從紅外光到可見光和紫外光的頻譜范圍內工作性能良好。

結 語

超材料的重要意義不僅體現在幾類主要的人工材料上，最主要的是它提供了一種全新的思維方法—人們可以在不違背物理學基本規律的前提下，獲得與自然界中的物質具有迥然不同的超常物理性質的“新物質”。“一代材料，一代裝備”，創新材料的誕生及發展必將會催生出新的武器裝備與作戰樣式。誕生不久就受到全世界擁躉的“超級材料”能否成為下一個新材料傳奇？不禁令人無限地遐想和期待。

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