我国“超材料”科研水平已位列全球第一梯队,“隐形斗篷”、无线充电等有望产业化,第一届“中国超材料”高层论坛在沪举行2018-05-25来源 : 信息快讯网
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我国“超材料”科研水平已位列全球第一梯队,“隐形斗篷”、无线充电等有望产业化,第一届“中国超材料”高层论坛在沪举行-信息快讯网

▲中国工程院院士、清华大学周济教授在论坛发言

如果把“人工原子”比喻成“砖头”,只要按照特定的结构和规则来“砌砖”,是不是就可以建造出符合某种特定功能的“房子”呢?比如说,让“房子”隐形?

从石器时代到青铜时代再到复合材料时代,新材料的使用极大推动了人类社会的进步。世纪之交发展起来的超材料又能为人类社会带来哪些期待?

昨天,第一届“中国超材料”高层论坛在上海海事大学举行。中国工程院院士、清华大学周济教授指出:我国超材料科研水平已位列全球第一梯队,利用这种全新的材料构造方法,包括通信、医疗、航空、军工等在内的行业将会实现更多突破和可能。

利用“人工原子”,创造出全新的世界

无线充电虽然看似是个小问题,却困扰了全球的大科学家们。就算某些打着“无线充电”标识的手机厂商,也无法做到远距离的无线充电——手机必须紧贴着充电器才能充到电啊!

在海里,由于该技术的缺失,又不能携用插头充电,水下机器人不得不携带着笨重蓄电池,在电量用完前必须回到岸上。“无线充电技术是通过线圈之间产生的磁场来传输电能,但磁场能量只在极小范围内存在。”本次论坛执行主席、上海海事大学海洋科学与工程学院副院长范润华教授说,目前的无线充电技术只能将磁场能量传输到20厘米的距离内。

不仅是无线充电。随着科技的发展,传统材料的性能不断提高,越来越趋近于材料的自然极限。因此,探索突破常规功能材料自然极限的新途径已成为材料科学发展中迫在眉睫的问题。

超材料或许能解决这一问题。

“传统材料是试错法,先做出材料,然后去测性能,性能不好的话,重新制备材料。超材料则是根据需要的性能,精确的把材料做出来,是一种逆向材料设计方法。”范润华说。

如果在充电器的关键部位能够有一个类似于“扩音器”的“物质”不就能过扩大磁场能量了吗?

“通过人工方法,重构决定物质性质的基本单元结构获得我们所期待的性质,这就是超材料。”范润华说。如果把原子比作“砂子”,那么“人工原子”就像是“砖头”,通过对“砖头”结构的重新排列组合,可以建造出具有新功能的“房子”,而且完全是“按需定制”。

目前,国际科学界已探究到电磁调控、光调控等功能可通过超材料实现,涉及物理学、电子学、光学、材料学及化学等领域。这一技术也被美国国防部列为“六大颠覆性技术领域”之一。

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▲中国材料研究学会超材料分会揭牌成立

“跨界”融合,或可率先实现局部应用

在上海海事大学,超材料对于船舶与海洋工程的应用研究已经开展。以水下无线充电为例,研究证明:将超材料用于水下无线充电装备,可显著提高电磁对传输效率和传输距离。

“未来2-3年,或许可实现应用。”范润华说,一旦水下无线充电成为可能,将极大地提高水下机器人等装备的灵活性、机动性和续航能力。而电动汽车或也将因此获益。

“随着超材料功能的拓展,一些新的超材料还涉及到了力学、数学、生物学等基础领域。从应用层面上看可能会涉及一些工程科学和技术领域。”周济表示,超材料是一个新兴交叉学科,由于其“按需定制”的特性,使得材料设计的自由度大幅度提升,利用多学科知识,设计出超越自然材料的新型材料。尤其在军事、民用等领域,人们甚至已经开始研制令物体无法被看见的“隐形斗篷”。

“传统意义上,隐形战斗机设法尽可能减弱自身的特征信号,降低对外来电磁波、光波和红外线反射,从而达到隐身的目的。”范润华说,超材料通过“人工原子”结构的改造,可以让雷达等探测器发出的信号“绕着”飞机跑或者“穿过”机身,从而不被发现。

据悉,在范润华课题组的带领下,上海海事大学的超材料研究成果已应用于舰船隐身涂层;研发的高性能电容器已在企业转化。

基础科研仍需持续跟进

与美、日等同样处于超材料第一梯队的国家相比,目前我国对于超材料的研究较关注应用层面,原创性的基础研究有待于进一步加强。对此,周济认为,超材料作为内涵很宽的新兴的学科,从基础理论到应用,有很多路径,机会很多,目前相关的工程化应用还处于初期阶段。“如同每一个新兴学科的发展,它的工程应用和产业价值的展现,需要长期的大量关注和投入,从最初的原理到一项技术,到实验室的样品,到上市产品,再形成产业,是一个非常漫长的过程。”周济说。

本次论坛将持续至5月26日。

论坛由上海海事大学、中国材料研究学会超材料分会、超材料电磁调制技术国家重点实验室(光启超材料技术有限公司)、山东精创功能复合材料有限公司等主办,复旦大学、上海交通大学、同济大学、华东理工大学、上海大学等协办。


作者:实习记者 金婉霞

编辑:顾军

责任编辑:许琦敏

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