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解读隐身衣材料——超材料的发展前言•“超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。•通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。•超材料的薄层能够让光线绕过物体，从而使物体隐形。科学家利用超材料已经将这种隐身衣变成了现实。隐身衣-原理•人能看到物体，是由于物体会将照射到表面的光线分散开，反射到人的眼睛里。而隐身衣的原理正是减少光线的反射，同时又要减少物体的影子。但目前这两者还都未完全实现。•隐身衣的制作材料能够吸收特定的光线，造成物体只有反射出微弱的光，而人的肉眼无法感受较微弱的光线，这就造成了像物体像不存在一样。日本“隐身衣”视觉伪装2004年，日本东京大学教授推出了一款宽大外衣，人们只需穿上这件外衣，就可以让人“难以辨认”。事实上，这款名为“隐身衣”的发明并非是真正的隐身，它只是利用“视觉伪装”而达到让人无法辨明的目的。日本“隐身衣”视觉伪装•它是由回射性物质构成，具体的做法是在整个衣服上涂上了一层回射性物质，衣服上还装配了照相机。原理是将衣服后面的场景由摄影机拍摄下来，然后将图像转换到衣服前面的放映机上，再将影像投射到由特殊材料制成的衣料上。日本“隐身衣”视觉伪装•具有光学伪装功能的斗篷由一种称为回复反射材料的特殊材料制成。回复反射材料表面由成千上万个细小的珠子构成。光线碰到珠子后，将逆着入射方向反射出去。日本“隐身衣”视觉伪装•回复反射表面玻璃珠的作用是让反射光线沿着与入射光线相同的路径回去。站在光源地的观察者可以接收到更多的反射光，看到的反射图像也更加明亮。•多数现代商业影院的电影银幕也采用了回复反射材质，在黑暗的环境中可以达到较高的亮度。•回复反射外套的实际作用类似于电影银幕，将背景图像投射到前面，造成隐身的幻像。美国新型“隐身衣”材料•美国和英国科学家通过视觉隐身技术的原理研究提出要制造扭曲光波的材料，关键是材料的晶格结构特性，而不是其物质构成。•他们从麦克斯韦方程出发，推导出了决定材料结构的一套方程式，人们可以按这套方程式来制造隐身材料。美国新型“隐身衣”材料•图上显示的是由加州大学伯克利分校的研究人员开发的超材料的两个扫描电子显微镜图像——顶视图和侧视图。这种材料是由内嵌在多孔氧化铝内的平行纳米线组成。当可见光通过这种材料时，光线发生负折射现象，运行方向向后偏转。美国新型“隐身衣”材料•左侧是第一个能在光频段获得负折射率的3D“渔网”超材料图解视图。右侧是一个装配式结构的扫描电子显微镜图像，这个装配式结构是由加州大学伯克利分校的研究人员研发的。交替层形成的小电路能向后弯转光线的方向。美国新型“隐身衣”材料•负折射现象是俄国科学家Veselago在1968年提出的：当光波从具有正折射率的材料入射到具有负折射率材料的界面时，光波的折射与常规折射相反，入射波和折射波处在于界面法线方向同一侧。美国新型“隐身衣”材料•渔网”超材料由银和不传导的氟化镁交替层堆叠在一起，并在层层之间挖出纳米大小的渔网图样制成。•自然材料不会对光磁场产生反应，但是这种超材料却能。这是第一个能称作具有光学磁性的材料。此材料内的光波中的电和磁场会向后运动。•这是第一个证明能逆转可见光方向的材料。美国新型“隐身衣”材料•这种材料在理论上也还存在诸多局限。•如果你躲在隐身衣里面，别人看不到你的同时也意味着你看不到外面的任何东西。•要想不被发现，躲在隐身衣里面的人必须静止不动，隐身衣以及里面的东西不能改变形状。•这种超材料由金属构成，非常容易破碎。不能大规模生产这种材料。中国新型“隐身衣”技术•美国的隐身技术可以在人们的视线里隐藏物体，同时也使得物体里面的人无法观看外面。如今中国已经发明了一种称之为反隐身层，从而解决了隐身衣技术带来的物体内部对外屏蔽的问题。中国新型“隐身衣”技术•在上海交通大学进行的性能测试中，理论上的反隐身可以适用于所有的物体当然也包括隐身衣内的物体，通过反隐身材料附在隐身衣上即可让物体内的人们看到外面。中国的反隐身层使用了各向异性的与隐身衣折射率相阻抗匹配的超材料。将反隐身材料贴在隐身衣上，一些光线可以按照在指定的路径渗透进来，从而使得内部的观察者可以看到外边。纳米级微小粒子组成的超材料可以让光线拐弯，绕过障碍物。总结•目前隐身衣的技术还很不成熟。•目前的隐身衣只能减少光线的反射，同时也可以减少物体的影子。不过两者还都没有完全被隐藏起来。•隐身衣的负面影响。•隐形衣的前景。谢谢！