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当隐身超材料邂逅3D打印
发布:人民日报 时间:2014/5/23

    捏在中南大学教授黄小忠手中的,是一块看似平淡无奇的灰黑色正方形平板,大小和厚度像常见的平板电脑。显示它的不一般的是,板上密密麻麻整齐排列着极其细小的锥形凸起,每一个锥形体,细到堪比绣花针。

    “这叫3D打印吸波材料,通俗地说,就是一种可以隐身的超材料。”黄小忠说,手里的这块“超材料”其实可以用3D打印成平面、曲面等任何形状,表面的锥形结构则是电磁波吸收体。

    隐身技术的主要原理,就是用吸波材料吸收包括光在内的电磁波,不让光线或者电磁波反射回人眼或雷达之类的电磁波接收器。通过实际测试,黄小忠手中的这种超材料在微波段有很好的吸收作用。“举个例子,雷达通过发射微波去探测目标,如果用这种超材料给无人机披上‘隐身外衣’,也许就能避开雷达的侦察。”

    黄小忠打印出的这块平板,板上每一个微小锥形体内部包括了10万个物理单元,每个单元用到哪些材料,这些材料如何组合,都是由科研人员通过微观结构的设计构建而成。所以,黄小忠更愿意用“对材料的编码”来形容他和团队的工作,类似于细胞重新编码以后体现出新的组织特性,对材料进行编码后长成的“超材料”,是自然界中无法找到却具有良好“隐身”性能的人工产物。

    黄小忠以前也在自然界中寻找现成的吸收电磁波能力强的材料,或者把几种现有的材料组合成为复合材料,获得“隐身”的性能。但随着时间推移,“隐身材料研究通过挖掘材料性能潜力的发展已经陷入瓶颈”,于是超材料的设计制造进入黄小忠的视野。但超材料微结构的实现往往需要比较复杂的工艺,这严重制约了超材料的发展及应用前景。

    “超材料最核心的是设计,什么成分放在哪个位置,是实现隐身性能的关键;最难的是怎么制造出来,最终达到工程化制造也就是大规模生产。”去年,黄小忠偶尔一次和3D打印机接触,立刻意识到3D打印这种快速成型技术很适合超材料的制造——通过逐层打印,最小处理结构甚至能达到10微米。

    于是,黄小忠带领研究团队,通过复杂的计算机设计,并精心选择、调配有机物和金属两种材料作为打印原料,最终用特制的3D打印机打印出了现在的这种超材料,也申请了专利。“现在这块板是18厘米边长,未来要打出具有实用性的几米长的大件,大概还要3—5年。”

    对于使用3D打印机规模化制造超材料的应用前景,黄小忠觉得想象空间很大:未来太空隐形飞行器的零部件,可以迅速打印出来进行更换。目前普通人对空气净化器的关注度很高,其实生活中还存在手机、家用电器等不少电磁污染。说不定在不久的将来,等到3D打印机能够大规模制造隐身超材料,家用电磁净化器就会诞生了。

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