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   據(jù)英國《自然》雜志網(wǎng)站近日報道，近幾年，“超材料”逐漸成為科學(xué)家們爭相研究的前沿領(lǐng)域。他們表示，經(jīng)過工程學(xué)方法處理的具有新奇光學(xué)屬性的“超材料”在不久的將來，會揭開自己“神秘面紗”，從實(shí)驗(yàn)室大步邁入市場。

   “超材料”：生活中不可或缺

   如果湯姆·德里斯科爾從來沒有聽說過“哈利·波特式的隱身斗篷”這樣的詞語，他應(yīng)該會很高興，但這不可能發(fā)生�，F(xiàn)在，“哈利·波特式的隱身斗篷”這樣的詞語已經(jīng)成為濫觴——當(dāng)媒體報道“超材料”領(lǐng)域取得的進(jìn)步時，似乎無法拒絕這一表達(dá)的神奇“魔力”，致使這樣的詞語不定期就會充斥各大媒體與觀眾見面。

   物理學(xué)家德里斯科爾在“高智發(fā)明公司”工作，主要負(fù)責(zé)“超材料”的商業(yè)化開發(fā)和推廣工作。

   “超材料”是具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料，其能采用天然材料無法做到的方式彎曲、散射或傳輸電磁波。理論學(xué)家們認(rèn)為，“超材料”能被用來制造各種各樣的隱形裝置，這些裝置就像某些科幻小說中提及的“隱形斗篷”那樣，能使物體周圍的光等電磁波“繞道而行”，從而使物體變得不可見。

   2000年，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的物理學(xué)家戴維·史密斯和同事首次向公眾展示了“超材料”的神奇魔力：他們利用微波技術(shù)把一個直徑5厘米的銅制小圓筒成功地隱藏起來，盡管史密斯等人對隱形范圍只相當(dāng)于一粒豌豆這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不滿意，但這仍然是“超材料”史上值得大書特書的時刻。

   其實(shí)，英國帝國理工學(xué)院的約翰·潘德瑞爵士才是“超材料”的發(fā)明者。早在上世紀(jì)90年代中期，潘德瑞進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)就證明，一排細(xì)小的銅線和銅環(huán)對微波的折射率為負(fù)數(shù)，而所有天然材料的折射率都為正，并在此基礎(chǔ)上提出了負(fù)折射理論。潘德瑞認(rèn)為，人眼之所以能看見物體，是因?yàn)楣饩�反射的緣故，而未來納米技術(shù)的發(fā)展，使科學(xué)家能夠研發(fā)出一種改變光線方向的材料，這就是“超材料”。

   史密斯和潘德瑞的研究結(jié)果極大地誘發(fā)了科學(xué)家們對“超材料”的興趣，很多“超材料”研究人員希望能讓“隱形斗篷”早日成為現(xiàn)實(shí)，軍方也亟不可待地投入了大筆資金。

   不過，迄今為止，研制出的“超材料”的魔力還十分有限：只在單層的二維材料上取得了成功；“負(fù)折射”特性也只出現(xiàn)在微波范圍。對于波長更短的光，比如人眼適應(yīng)的可見光，還無能為力。也就是說，這些“超材料”還無法制成在那種人眼前消失的“隱身斗篷”。目前，只是一個鼠標(biāo)大小的隱形罩，對科學(xué)家們來說都是一個比較大的目標(biāo)，研制出“隱身斗篷”至少需要數(shù)十年。

   德里斯科爾也補(bǔ)充道，“超材料”領(lǐng)域的研究人員目前仍然面臨很多令人望而卻步的挑戰(zhàn)，其中最突出的是，找到便宜的方法，在納米尺度下制造出超材料元件并精確地控制其“一舉一動”。因此，從現(xiàn)實(shí)情況出發(fā)，廉價的衛(wèi)星通訊設(shè)備、更纖薄的智能手機(jī)以及超快的光學(xué)數(shù)據(jù)處理設(shè)備“有望成為超材料發(fā)揮最大影響力的地方”。

   據(jù)悉，首塊由“超材料”制成的產(chǎn)品有望于明年面市，這也有望引發(fā)連鎖反應(yīng)，讓普通消費(fèi)者在使用“超材料”中受益，比如，在飛機(jī)上或從手機(jī)那兒獲得更快、更便宜的互聯(lián)網(wǎng)連接。德里斯科爾表示，這樣的應(yīng)用也將有助于由“超材料”制成的產(chǎn)品從“人們生活中的新奇之物”變身為“生活中不可或缺之物”。

   “超材料”天線：讓飛機(jī)與衛(wèi)星“通話”

   今年1月，現(xiàn)在在美國杜克大學(xué)工作的史密斯成為高智發(fā)明公司“超材料”商業(yè)化部門的聯(lián)合負(fù)責(zé)人之一。他表示，首款由“超材料”制成的商業(yè)化產(chǎn)品最早將于明年上市。

   從高智發(fā)明公司拆分出來的衛(wèi)星通信創(chuàng)業(yè)公司Kymeta希望向市場上推出一款緊湊型的天線，這或許是首款與“超材料”有關(guān)的面向普通消費(fèi)者的產(chǎn)品。這個相對來說比較廉價的設(shè)備會讓飛機(jī)、火車、輪船、汽車在移動網(wǎng)絡(luò)鞭長莫及的偏遠(yuǎn)地方連接衛(wèi)星寬帶上網(wǎng)。

   目前，這一天線的技術(shù)細(xì)節(jié)仍是秘密。據(jù)悉，這款天線基于“電磁超材料”。這是一類人造材料，能夠控制電磁波，使射頻信號對準(zhǔn)衛(wèi)星，從而建立持續(xù)的寬帶連接。

   該天線的核心是一塊平滑的電路板，其上包含有數(shù)千塊這種電磁“超材料”元件，每個元件的屬性可以被設(shè)備內(nèi)置的軟件改變。當(dāng)天線正確地追蹤到衛(wèi)星時，各個“超材料”元件釋放出的波會互相加強(qiáng)并朝衛(wèi)星所在的方向擴(kuò)散，其他方向釋放出的波則會相互抵消并消失得無影無蹤，這就使得不管衛(wèi)星在天空中的哪個地方，該天線都能追蹤到而不必像標(biāo)準(zhǔn)的碟形天線一樣總朝一個方向盯著一顆衛(wèi)星。

   該公司表示，與目前廣泛使用的衛(wèi)星天線相比，采用這一技術(shù)研制的新“超材料”衛(wèi)星天線更輕、更薄、更便宜。Kymeta公司已經(jīng)向投資者和潛在的合作伙伴展示了這一技術(shù)，他們也計(jì)劃對這一技術(shù)進(jìn)行更進(jìn)一步地研究，在降低成本的同時保持其嚴(yán)苛的性能標(biāo)準(zhǔn)，以滿足監(jiān)管機(jī)構(gòu)的要求。

   Kymeta公司表示，這款天線計(jì)劃于明年推向市場，或許首先會在私人飛機(jī)和客機(jī)上使用，如果市場反應(yīng)良好，他們希望將這一技術(shù)應(yīng)用于便攜式、能效高的衛(wèi)星通信產(chǎn)品內(nèi)，用于營救工作或研究領(lǐng)域。這些產(chǎn)品將廣泛應(yīng)用于航天、交通和海洋等領(lǐng)域，而且，該公司也計(jì)劃為個人用戶開發(fā)便攜式衛(wèi)星接入設(shè)備。