捏在中南大學(xué)教授黃小忠手中的，是一塊看似平淡無奇的灰黑色正方形平板，大小和厚度像常見的平板電腦。顯示它的不一般的是，板上密密麻麻整齊排列著極其細(xì)小的錐形凸起，每一個(gè)錐形體，細(xì)到堪比繡花針。
“這叫3d打印吸波材料，通俗地說，就是一種可以隱身的超材料。”黃小忠說，手里的這塊“超材料”其實(shí)可以用3d打印成平面、曲面等任何形狀，表面的錐形結(jié)構(gòu)則是電磁波吸收體。
隱身技術(shù)的主要原理，就是用吸波材料吸收包括光在內(nèi)的電磁波，不讓光線或者電磁波反射回人眼或雷達(dá)之類的電磁波接收器。通過實(shí)際測(cè)試，黃小忠手中的這種超材料在微波段有很好的吸收作用。“舉個(gè)例子，雷達(dá)通過發(fā)射微波去探測(cè)目標(biāo)，如果用這種超材料給無人機(jī)披上‘隱身外衣’，也許就能避開雷達(dá)的偵察。”
黃小忠打印出的這塊平板，板上每一個(gè)微小錐形體內(nèi)部包括了10萬個(gè)物理單元，每個(gè)單元用到哪些材料，這些材料如何組合，都是由科研人員通過微觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)構(gòu)建而成。所以，黃小忠更愿意用“對(duì)材料的編碼”來形容他和團(tuán)隊(duì)的工作，類似于細(xì)胞重新編碼以后體現(xiàn)出新的組織特性，對(duì)材料進(jìn)行編碼后長(zhǎng)成的“超材料”，是自然界中無法找到卻具有良好“隱身”性能的人工產(chǎn)物。
黃小忠以前也在自然界中尋找現(xiàn)成的吸收電磁波能力強(qiáng)的材料，或者把幾種現(xiàn)有的材料組合成為復(fù)合材料，獲得“隱身”的性能。但隨著時(shí)間推移，“隱身材料研究通過挖掘材料性能潛力的發(fā)展已經(jīng)陷入瓶頸”，于是超材料的設(shè)計(jì)制造進(jìn)入黃小忠的視野。但超材料微結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)往往需要比較復(fù)雜的工藝，這嚴(yán)重制約了超材料的發(fā)展及應(yīng)用前景。
“超材料最核心的是設(shè)計(jì)，什么成分放在哪個(gè)位置，是實(shí)現(xiàn)隱身性能的關(guān)鍵;最難的是怎么制造出來，最終達(dá)到工程化制造也就是大規(guī)模生產(chǎn)。”去年，黃小忠偶爾一次和3d打印機(jī)接觸，立刻意識(shí)到3d打印這種快速成型技術(shù)很適合超材料的制造——通過逐層打印，最小處理結(jié)構(gòu)甚至能達(dá)到10微米。
于是，黃小忠?guī)ьI(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)，通過復(fù)雜的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，并精心選擇、調(diào)配有機(jī)物和金屬兩種材料作為打印原料，最終用特制的3d打印機(jī)打印出了現(xiàn)在的這種超材料，也申請(qǐng)了專利。“現(xiàn)在這塊板是18厘米邊長(zhǎng)，未來要打出具有實(shí)用性的幾米長(zhǎng)的大件，大概還要3—5年。”
對(duì)于使用3d打印機(jī)規(guī)模化制造超材料的應(yīng)用前景，黃小忠覺得想象空間很大：未來太空隱形飛行器的零部件，可以迅速打印出來進(jìn)行更換。目前普通人對(duì)空氣凈化器的關(guān)注度很高，其實(shí)生活中還存在手機(jī)、家用電器等不少電磁污染。說不定在不久的將來，等到3d打印機(jī)能夠大規(guī)模制造隱身超材料，家用電磁凈化器就會(huì)誕生了。


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