隱身衣和隱身材料那些事

相信看過《哈利波特》的小伙伴都對隱身衣有著濃厚的興趣，那我們今天就來聊一聊關于隱身衣和隱身材料的那些事情。

為何可以隱身？

我們之所以能夠看到物體，是因為物體會將照射到其表面上的光線分散開，并反射到人的眼睛里，也就是說物體阻擋了光波的通過。要想實現隱身，就必須有一種材料能夠引導光線繞開物體的阻擋，然后進入人的眼睛，那么人們就會透過物體看到背后的事物，從而實現光學隱身。

美國杜克大學教授戴維·史密斯等人認為，隱身衣的功能和制作原理就像是流水一樣，把一塊石頭放在溪水里，溪水會繞過石頭繼續向前流動。而且他還提出，要想制造改變光線傳播方向的材料，關鍵是材料的晶格結構特性，而不是其物質構成。為此，必須建立一套決定材料晶格結構的理論計算模型，并按照模型的計算方法才能設計制造出理想中的隱身材料。

上面是隱身衣的示意圖。點光源放在隱身衣附近，光線無法進入隱身的區域，但是經過隱身衣后又回復至其在真空中的傳播路線。（引自?J.?B.?Pendry,?D.?Schurig,?and?D.?R.?Smith,?Science?312,?1780?(2006).）

目前已經有部分研究團隊做出了隱身材料或者叫隱身結構。

2013年，浙江大學陳紅勝教授研究團隊工作人員演示一件“隱身”裝置的效果。當一支鉛筆被放入該裝置中時，鉛筆的中間部位“不見了”，但該部位的背景圖案仍然可見。

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我在網上找到一段隱身效果比較直觀的小視頻。

http://v.youku.com/v_show/id_XOTM2MDcxNDQ0.html

?雖然不一定是陳老師的研究成果。不過可以很清晰的看到材料基本能夠”隱身“。

陳老師的研究成果原理是這樣的：電磁波（包括光波）照射到物體時，會在物體上發生散射；散射的電磁波被接收后，就表明那里存在物體。如果能讓電磁波“轉彎”，繞著物體走，這樣物體就能?“隱身”。

德克薩斯大學-奧斯汀分校的科學家們發明了一款以電池為電源的隱身斗篷。這個團隊由科克雷爾工程學院(Cockrell?School?of?Engineering)的Andrea?Alù領導，采用名為超穎表面(metasurface)的高科技材料來最小化光散射。結果是隱藏在這些材料后面的東西幾乎不可見。但在某些情況下，這種方法是行不通的。例如，如果你赤身裸體地站在明亮的光線下，那每一個人都很可能看見你并嘲笑你。

除了以上兩個例子之外，還有部分研究團隊也拿出了一些讓人驚艷的成果。這里就不贅述了。

以上這些隱身材料都要實現的是人肉眼看不見的隱身，也就是前面提到的“視覺隱身”。這類隱身材料，世界各地研究的并不太多。

反雷達的隱身材料

要說隱身材料，可不僅僅是披在身上的”隱身斗篷“。畢竟，實現這樣的隱身，暫時沒有什么太大的用途。而更大一類、研究得更多的是實現的是雷達上的“隱身”的材料。

與視覺隱身材料的原理不太一致，反雷達隱身材料的原理可以分成三類：一類是材料吸收雷達波后，以能量損耗的方式將電磁能轉換為熱能而散發。

第二類是材料將雷達波迅速分散到裝備全身，降低目標散射的電場強度;?第三類是通過材料上下表面的反射波迭加干涉，實現無源對消。

相比于結構隱身，隱身材料技術在雷達隱身上更活躍。這樣的材料至今已有十數種之多。

?針對雷達，紅外，激光探測所對應的隱身材料主要有以下幾類：

1：雷達隱身材料，包括涂敷型吸波材料和結構型吸波材料兩種。

2：紅外隱身材料。

3：激光隱身材料。

4：多波段復合兼容隱身材料，包括雷達/紅外兼容隱身材料，紅外/激光兼容隱身材料，雷達/激光兼容隱身材料，雷達/紅外/激光兼容隱身材料四種。

有意思的是，當初雷達的發明，借鑒的是蝙蝠用超聲波捕食。而部分隱身材料同樣是從大自然中借鑒的。比如隱身材料一項最新研究成果就是基于蛾眼結構上，研究出一種全新的輕質抗反射涂層。

蛾眼的結構很特殊，它的眼睛上有一層緊密排列的納米凸起結構，在高度與間隔上一般小于300納米，這個尺寸一般比光的波長要小，而折射率自上而下連續變化，所以入射光線基本都被凸起結構吸收，幾乎不發生反射。

白俄州立大學核研究中心的科學家們就是利用這一點，用蔗糖和生物塑料做成了一種新材料，據稱擁有完美的微波吸收性能，據說這是世界上第一種達到如此效果的材料。

結語：毋庸置疑的是，隨著雷達技術的發展，隱身材料和隱身技術必然同樣會快速發展。至于想擁有一件隱身斗篷的夢想，估計還得等上很長一段時間了。

不過，假如真的想看看隱身的效果，那也簡單。取四個透鏡，按照一定的擺放順序，就可以“隱身”啦！

當然，透鏡的安放距離有講究，如果你有興趣，可以讀一讀這篇文章。

題外話，如果你有一件哈利波特那樣的隱身衣，你準備做什么？

參考文獻

http://www.cailiaoren.com/article-3139-1.html

http://www.cailiaoren.com/article-1757-1.html

http://www.cailiaoren.com/article-1660-1.html

http://www.cailiaoren.com/article-4257-1.html

史旭明，張軍，許仲梓.隱身材料的研究進展，材料導報,2007,5(21),310:314