李培宁:“隐身斗篷”拓宽消失波段

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  近日,南京航空航天大学的一支研究团队,利用一种特殊的、包裹在物体外面的材料——铁电体材料,设计出了一件可变频的“隐身斗篷”。这一研究论文已经发表在世界光学权威杂志《OpticsExpress》(光学特快)上,并被杂志的审稿人称为“具有重要进展的研究成果”。该研究论文的第一作者就是研究生李培宁。
  
  《北京科技报》:隐身斗篷怎样隐身?
  
  李培宁:人之所以能看到物体,是因为光照射到物体上后,会被阻挡并反射到人的眼睛里。这也就是说,人可以通过反射或散射的光“看到”物体。那么隐身斗篷要想隐身,理论上来说,就是能让光“转弯”,这是一个光学问题。
  其实,隐身斗篷最关键的技术就是材料的设计。一般意义上的“隐身”是指在物体表面涂上一层特定材料,通过吸收其对应的特定波长,从而达到无法探测的效果,即隐身。此前,这种光学原理在军事上被广泛运用。比如在飞机或者潜艇上涂上可以阻断红外线的材料,雷达就很难探测到它们的存在。
  
  《北京科技报》:此次研发的隐身斗篷与以往有何不同?
  
  李培宁:电磁波涵盖了从低频率到高频率的波段,包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等,可见光只是其中可以被肉眼看到的那部分,而可见光又分为赤橙黄绿青蓝紫,目前的大多数隐身斗篷存在“频率障碍”,即只能实现某一个狭窄频率范围的隐身。如果超出这种工作频率范围,则达不到隐身的效果。要制成真正意义上的隐身斗篷,最重要的是让隐身材料的隐形“频率扩大”。
  针对这个问题,我们课题组选取了铁电体材料作为设计对象,一则由于它具有高介电常数,在雷达波、微波等的照射下,可见度会降低,达到隐身效果。二则它可被外电场调节。这也就是说,我们利用这种材料设计的隐身斗篷,可以通过调节外加电场的大小,来实现它在一定范围内、不同频率的电磁波下隐身的效果,相比于以前的某个波段,此次隐身的波段范围更广,它能实现在太赫兹波波段下的隐身效果。太赫兹波是指频率在0.1THz~10THz范围的电磁波,波长大概在0.03mm~3mm范围,介于微波与红外之间。
  
  《北京科技报》:隐身斗篷究竟是什么样的?
  
  李培宁:人们一听到斗篷,第一反应都会想到衣服。但从科学研究的角度来说,斗篷所表达的意思是,对于特定的物体,覆盖上某种物质或者结构,能使整个系统的可见性降低,也就意味着隐身。目前,我们设计的隐身斗篷,还不是传统意义上的衣服,而是一个圆柱形的物体。把它包裹在铜、铁等金属材料外,在电磁波的太赫兹波段照射下,电磁波会“绕过”这个物体,达到隐身的效果。
  
  《北京科技报》:研究隐身斗篷有何意义?
  
  李培宁:隐身斗篷并不仅仅是为了吸引公众眼球,它有很多重要的潜在应用。在军事上,飞机、坦克等目标都可以通过隐身技术,不被敌方的雷达侦察到。在民用上,类似的原理可用于医学领域。比如:放射科的医生们可利用隐身斗篷使病人某些器官隐形,以便医生能更好地检查其他器官可能存在的病变。目前,我们正在继续测试斗篷在微波领域的隐身效果,使其隐身频率进一步扩大。将来,我们会让斗篷的隐身特效进一步加强,让它“学会”避开可见光,在人眼前让物体瞬间消失。
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