隐身衣和隐身材料那些事

 

相信看过《哈利波特》的小伙伴都对隐身衣有着浓厚的兴趣，那我们今天就来聊一聊关于隐身衣和隐身材料的那些事情。

为何可以隐身?

我们之所以能够看到物体，是因为物体会将照射到其表面上的光线分散开，并反射到人的眼睛里，也就是说物体阻挡了光波的通过。要想实现隐身，就必须有一种材料能够引导光线绕开物体的阻挡，然后进入人的眼睛，那么人们就会透过物体看到背后的事物，从而实现光学隐身。

美国杜克大学教授戴维·史密斯等人认为，隐身衣的功能和制作原理就像是流水一样，把一块石头放在溪水里，溪水会绕过石头继续向前流动。而且他还提出，要想制造改变光线传播方向的材料，关键是材料的晶格结构特性，而不是其物质构成。为此，必须建立一套决定材料晶格结构的理论计算模型，并按照模型的计算方法才能设计制造出理想中的隐身材料。

上面是隐身衣的示意图。点光源放在隐身衣附近，光线无法进入隐身的区域，但是经过隐身衣后又回复至其在真空中的传播路线。(引自 J. B. Pendry, D. Schurig, and D. R. Smith, Science 312, 1780 (2006).)

目前已经有部分研究团队做出了隐身材料或者叫隐身结构。

2013年，浙江大学陈红胜教授研究团队工作人员演示一件“隐身”装置的效果。当一支铅笔被放入该装置中时，铅笔的中间部位“不见了”，但该部位的背景图案仍然可见。

我在网上找到一段隐身效果比较直观的小视频。

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

虽然不一定是陈老师的研究成果。不过可以很清晰的看到材料基本能够”隐身“。

陈老师的研究成果原理是这样的：电磁波(包括光波)照射到物体时，会在物体上发生散射;散射的电磁波被接收后，就表明那里存在物体。如果能让电磁波“转弯”，绕着物体走，这样物体就能 “隐身”。

德克萨斯大学-奥斯汀分校的科学家们发明了一款以电池为电源的隐身斗篷。这个团队由科克雷尔工程学院(Cockrell School of Engineering)的Andrea Alù领导，采用名为超颖表面(metasurface)的高科技材料来最小化光散射。结果是隐藏在这些材料后面的东西几乎不可见。但在某些情况下，这种方法是行不通的。例如，如果你赤身裸体地站在明亮的光线下，那每一个人都很可能看见你并嘲笑你。

除了以上两个例子之外，还有部分研究团队也拿出了一些让人惊艳的成果。这里就不赘述了。

以上这些隐身材料都要实现的是人肉眼看不见的隐身，也就是前面提到的“视觉隐身”。这类隐身材料，世界各地研究的并不太多。

反雷达的隐身材料

要说隐身材料，可不仅仅是披在身上的”隐身斗篷“。毕竟，实现这样的隐身，暂时没有什么太大的用途。而更大一类、研究得更多的是实现的是雷达上的“隐身”的材料。

与视觉隐身材料的原理不太一致，反雷达隐身材料的原理可以分成三类：一类是材料吸收雷达波后，以能量损耗的方式将电磁能转换为热能而散发。

第二类是材料将雷达波迅速分散到装备全身，降低目标散射的电场强度; 第三类是通过材料上下表面的反射波迭加干涉，实现无源对消。

相比于结构隐身，隐身材料技术在雷达隐身上更活跃。这样的材料至今已有十数种之多。

针对雷达，红外，激光探测所对应的隐身材料主要有以下几类：

1：雷达隐身材料，包括涂敷型吸波材料和结构型吸波材料两种。

2：红外隐身材料。

3：激光隐身材料。

4：多波段复合兼容隐身材料，包括雷达/红外兼容隐身材料，红外/激光兼容隐身材料，雷达/激光兼容隐身材料，雷达/红外/激光兼容隐身材料四种。

有意思的是，当初雷达的发明，借鉴的是蝙蝠用超声波捕食。而部分隐身材料同样是从大自然中借鉴的。比如隐身材料一项最新研究成果就是基于蛾眼结构上，研究出一种全新的轻质抗反射涂层。

蛾眼的结构很特殊，它的眼睛上有一层紧密排列的纳米凸起结构，在高度与间隔上一般小于300纳米，这个尺寸一般比光的波长要小，而折射率自上而下连续变化，所以入射光线基本都被凸起结构吸收，几乎不发生反射。

白俄州立大学核研究中心的科学家们就是利用这一点，用蔗糖和生物塑料做成了一种新材料，据称拥有完美的微波吸收性能，据说这是世界上第一种达到如此效果的材料。

结语：毋庸置疑的是，随着雷达技术的发展，隐身材料和隐身技术必然同样会快速发展。至于想拥有一件隐身斗篷的梦想，估计还得等上很长一段时间了。

不过，假如真的想看看隐身的效果，那也简单。取四个透镜，按照一定的摆放顺序，就可以“隐身”啦!

当然，透镜的安放距离有讲究，如果你有兴趣，可以读一读这篇文章。

题外话，如果你有一件哈利波特那样的隐身衣，你准备做什么?

参考文献

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，张军，许仲梓.隐身材料的研究进展，材料导报,2007,5(21),310:314

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