镍锌电池缺点 不会还有人认为隐形只能是电影特效吧?
隐身这个词经常出现在各种奇幻小说、动画、电影等中,比如哈利波特中作为死亡圣器的隐身斗篷,多啦 A 梦口袋里的隐身斗篷,海贼王中艾比沙龙吃下的隐身果实……#科普#
相信在座的很多人都特别期待能够掌握隐身术。除了之前给大家介绍过的大型航天、陆基武器的隐身涂层,我还总结了几种可以实现个人和小物体“隐身”的方法:
首先我们来了解一下光学隐身,又称视觉隐身的原理:
我们之所以能看到物体,是因为物体将照射到其表面的光线散射,并反射到人的眼睛里,也就是物体阻挡了光波的通过。而要实现隐身,就必须有一种材料,能够引导光线绕过物体的阻挡,进入人的眼睛,让人能够透过物体看到后面的东西,这样就实现了光学隐身。
简单来说,就是在一个物体前放置一种神奇的材料,可以强行改变原本要反射到人眼里的光线的路线,让光线避开这个物体,而朝着人的眼睛跑去。
美国杜克大学教授戴维·史密斯等人认为,隐身衣的作用和制作原理就好比流动的水,如果你把一块石头放入溪流中,溪流就会围绕着石头,不断向前流动。他还提出,制作能改变光传播方向的材料,关键在于材料的晶格结构特性,而不是其材料成分。为此,必须建立决定材料晶格结构的理论计算模型,按照模型的计算方法,才能设计和制造出理想的隐身材料。
上图是隐身衣的示意图。当点光源放置在隐身衣附近时,光线无法进入隐形区域,但穿过隐身衣后,光线又回到真空中的传播路径。(图片引自 JB, D., and DR Smith, 312, 1780 (2006))
听完上述分析,可能有人会感到失望,想知道这怎么能实现呢?幸运的是,一些研究团队已经做出了这样的隐身材料或隐身结构。
2013年,浙江大学陈洪生教授研究团队演示了一种“隐形”装置的效果,当把一支铅笔放入该装置中,铅笔中间部分“消失”,但那部分的背景图案却依然可见。
陈宏胜团队就是基于上面描述的理念,当电磁波击中物体时,会在物体上散射,散射的电磁波被接收,就说明那里有物体。如果能让电磁波“转”过来绕一圈,就能实现隐身,如下图所示
除了让电磁波绕道继续直线传播外,还有一种隐身技术,可以让光波出去而不返回,它就是量子隐身斗篷。
量子隐身材料旨在使周围的光波发生弯曲,并吸收特定的光,使物体只反射微弱的光。人眼无法感知更弱的光,从而使物体看起来不存在。这种神奇的材料减少了光的反射,减少了物体的阴影。
加拿大公司Ultra 在接受CNN采访时,首次公布了他们令人难以置信的“隐形斗篷”发明。据该公司CEO盖伊·克莱默介绍,“隐形斗篷”的正式名称是“量子隐形伪装织物”,这是该公司多年秘密研究的高科技成果——这种神奇的织物可以弯曲周围的光线,使被覆盖的人完全隐形!
美国军方和加拿大军方均已证实,它能躲避红外勘测和热成像技术的监视。更令人震惊的是,这种材料轻便廉价,不需要电池等设备,也不需要灯光等辅助物品。首席执行官盖伊声称,“隐形外套”的秘密研制得到了美国军方五角大楼的大力赞助。五角大楼希望未来有一天能利用它制造出新一代的“隐形士兵”,甚至是可以杀敌而不被人看见的“隐形部队”!
最后我们来谈谈各种新型隐身材料:
(1)手性材料()。
手性是指物体与其镜像不具有几何对称性并且物体与其镜像不能用任何操作重合的现象。研究表明,手性材料具有特殊的电磁性质,电磁波通过手性材料时,会表现出回旋运动()和圆二向色性( ),并表现出良好的电磁屏蔽性能,可以减少入射电磁波的反射,吸收电磁波。微波波段使用的手性材料都是人工合成的。利用手性材料的结构与微波相互作用的研究始于20世纪50年代,直到20世纪80年代,手性材料对微波的吸收反射特性研究才受到一些研究部门的重视。目前正在研究的雷达吸波手性材料是在基质材料中掺杂手性结构物质形成的手性复合材料,如吸波材料、天线工程、微波、毫米波器件等。
(2)导电聚合物材料。
该材料是近几年才发展起来的,由于其结构、导电性能多样、物理化学性质独特,受到科学界的广泛关注,导电聚合物与无机磁损耗材料或超细粒子的复合有望发展成为新型轻质宽带微波吸收材料。
(3)多晶铁纤维吸收剂。
欧洲GAMMA公司研制出一种以多晶铁纤维为吸收剂的新型雷达吸波涂层,这是一种轻质磁性雷达吸波材料,能在很宽的频带内达到较高的吸收效果,同时重量减轻40%~60%,克服了大多数磁性吸波材料过重的缺点。
(4)智能隐身材料。
智能隐身材料与结构是20世纪80年代逐渐发展起来的一门高新技术,是具有感知、信息处理、自我指示和对信号进行最优响应能力的材料与结构,为利用智能材料实现隐身功能提供了可能。
目前隐身技术正朝着综合应用、平衡隐身性能与其他性能、扩大频率范围和应用范围、降低成本的方向发展。
以下是一些类似于隐身的“部分隐藏”技巧
1.隐形纹身
所谓隐形纹身,在紫外线的照射下,可以显现出纹身的轮廓,但在日常太阳光的照射下,完全看不出纹身的形状。它采用的是特殊的纹身墨水,墨水中含有荧光物质,在紫外线的照射下,电子会发生跃迁,然后以光辐射的状态辐射出能量回到基态发光。不同的波长会发出不同颜色的光,例如维生素C、酚酞等具有刚性平面的分子,在适当的激发光下(紫外线也有一定的波长范围)就会发出荧光。它不含磷,也不含其他对身体有害的物质,当然也不会致癌,是一种安全又时尚的纹身方法。虽然它的材料很安全,但不能保证适合每个人的体质,完全不会引起过敏。
2.隐形墨水
古时候,人们要交换机密信件时,会用所谓的“隐形墨水”来书写。隐形墨水的原理也很简单,只是利用酸碱指示剂在酸性或碱性溶液中的颜色变化。除了应用化学变化中的酸碱中和原理外,还可以利用其他化学反应——如沉淀反应、氧化还原、错离子形成和催化反应。最简单的隐形墨水,是将柠檬水或小苏打与水混合,待字迹干了之后,用火烘烤,增加其热度,字迹就会再次显现出来。更先进的隐形墨水,则是在其中加入荧光物质,类似上文提到的隐形纹身,是一种只有在紫外线照射下才能显现字迹的神奇墨水。
科技的发展与进步总是让人惊叹,前一秒“隐身”还只是人们心中的一个梦想、屏幕上的一个特效,下一秒,人类已迈开步伐向着梦想迈进,将“隐身”运用到实践中,助力人类走向更加理想的未来。
人们生活的便捷离不开科技的发展,而科技的发展自然离不开材料科学的贡献,材料科学作为“地基”,为人们提供支撑,像阶梯一样帮助人类到达更高更远的梦想!
参考:
搜狐网:《哈利·波特》中的“隐形斗篷”真的被创造出来了吗?
北川在线——“量子隐身斗篷”
Doc88---浙江大学团队成功研制“隐形斗篷”
CNKI--镍锌铁氧体亚微球及其复合材料的制备及微波吸收性能