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　　數(shù)年前，風(fēng)靡全球的小說(shuō)《哈利波特》把人們帶進(jìn)了一個(gè)奇幻世界，其中無(wú)數(shù)魔法道具令人至今記憶猶新。比如哈利波特為了逃出魔法學(xué)校偷偷披上的那件隱身斗篷。

　　其實(shí)從數(shù)百年前的文字記錄可以發(fā)現(xiàn)，人類對(duì)于隱身術(shù)的研究一直饒有興致。只不過(guò)直到近年，科學(xué)家們才對(duì)外宣布，隱身衣正在從幻想走向現(xiàn)實(shí)。使用可彎曲光線和改變波長(zhǎng)光度的超材料，就可以制造出紅外線或者雷達(dá)“看不到”的隱身效果，也許不久的將來(lái)還能造出能騙過(guò)肉眼的真正的隱身衣。

　　除了可以隱身，超材料——這種有著精密形狀、幾何結(jié)構(gòu)及排列，能夠以非傳統(tǒng)的方式影響光與聲的材料——在其他應(yīng)用領(lǐng)域也將大有作為。據(jù)外媒最新報(bào)道，科學(xué)家正在探索使用超材料“護(hù)墻”，試圖在地震或海嘯中衰減地震波的影響。在更為民生的領(lǐng)域，超材料正在被廠商研究制造能感應(yīng)地形的鞋底或具有整容效果的護(hù)膚品等。

　　包括Research and Markets在內(nèi)的多家咨詢機(jī)構(gòu)分析認(rèn)為，超材料市場(chǎng)在未來(lái)6-10年將迎來(lái)高速增長(zhǎng)，年復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)20%以上。從公開信息來(lái)看，近年來(lái)國(guó)內(nèi)亦有數(shù)家公司斥巨資進(jìn)入了超材料領(lǐng)域。有理由期待，超材料在不久的將來(lái)，將走出實(shí)驗(yàn)室，給我們的生活帶來(lái)更多精彩的體驗(yàn)。

　　彎曲光、改變波 令不可能成為可能

　　正像許多人認(rèn)為的那樣，隱身衣只存在于幻想，根本不能實(shí)現(xiàn)�？茖W(xué)界最初的看法也是如此，認(rèn)為它違反了光學(xué)定律�？墒瞧腥颂魬�(zhàn)傳統(tǒng)觀念。2000年，美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校的物理學(xué)家戴維·史密斯和同事利用微波技術(shù)把一個(gè)直徑5厘米的銅制小圓筒成功地隱藏起來(lái)，隱形范圍相當(dāng)于一粒豌豆。來(lái)自杜克大學(xué)和倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的研究者在2006年進(jìn)一步找到了能使普通物體隱形的方案。

　　上述科學(xué)家們所使用的材料被定義為超材料，顧名思義其具有超常的物理性質(zhì)，這在天然材料中通常是不具備的，區(qū)別超材料和普通材料的關(guān)鍵點(diǎn)并非在于構(gòu)成材料，而是微妙復(fù)雜的人工結(jié)構(gòu)。在最近10多年間，科學(xué)家們已經(jīng)能夠通過(guò)人工方式制造出使光波、雷達(dá)波、無(wú)線電波、聲波，甚至地震波彎曲的材料。

　　實(shí)現(xiàn)對(duì)光波的彎曲，隱形便成為可能。廣義相對(duì)論表明，時(shí)間和空間都是可以“彎曲”的，而空間里的光線也同樣可以彎曲，前提是設(shè)計(jì)并制作出足夠小的設(shè)備。有資料表明，德國(guó)的科學(xué)家已經(jīng)使用一種叫作“徑直激光平版刻錄”技術(shù)制成了由微型塑料棒構(gòu)成的隱形材料片，這些微型塑料棒之間的間隔僅有1毫米的千分之一，能夠改變物體的折射率，并改變光的變化。將上述隱形材料片覆蓋在物體上，在紅外照相儀觀測(cè)下，隱形材料改變了覆蓋物周圍的光線速度，從而使得覆蓋物和被覆蓋物一同消失。

　　這種隱形并非讓物體變得不可見，而是想要在物理上被隱藏，包括美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署在內(nèi)的軍方機(jī)構(gòu)，尋求的正是這種隱藏，以便讓飛機(jī)在軍事雷達(dá)探測(cè)范圍內(nèi)隱身。

　　或許，科學(xué)家們最終的目的仍然是讓物體做到在肉眼下的隱身。但由于可見光波長(zhǎng)非常短，目前的研究距離目標(biāo)為時(shí)尚早。

　　相比隱形，處于地質(zhì)災(zāi)害帶的人們必定對(duì)于改變地震波更感興趣。地震是地球內(nèi)部能量大規(guī)模釋放的過(guò)程，通過(guò)地震波來(lái)體現(xiàn)，由縱波和和橫波混合形成混合波，令地表建筑物上下左右搖晃，最終形成強(qiáng)烈破壞。因此，解決方案就是通過(guò)抵消或減弱地震波來(lái)將降低災(zāi)害。

　　法國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了通過(guò)地面精確打孔來(lái)轉(zhuǎn)移地震波，讓地震和海嘯偏移建筑物或城鎮(zhèn)。這正是受到了超材料幾何結(jié)構(gòu)的啟發(fā)。我們知道超材料彎曲光的秘密在于它的精密結(jié)構(gòu)，法國(guó)科學(xué)家們正是通過(guò)鉆孔來(lái)模擬超材料的神奇結(jié)構(gòu)，即將某個(gè)區(qū)域視為一片放大的超材料。當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅匠牧辖Y(jié)構(gòu)后，就會(huì)發(fā)生折射、偏轉(zhuǎn)，繞過(guò)建筑物，從而達(dá)到減災(zāi)的目的。類似的方法此前已經(jīng)被成功應(yīng)用到阻擋聲波，進(jìn)行隔音。土地情況相對(duì)復(fù)雜，因此需要經(jīng)過(guò)更為縝密的計(jì)算和更復(fù)雜的模擬實(shí)驗(yàn)去優(yōu)化。

　　更多資料顯示，在汽車安全以及自動(dòng)駕駛汽車、機(jī)場(chǎng)安全掃描方面，超材料未來(lái)也將大有可為。而廉價(jià)的衛(wèi)星通訊設(shè)備、更纖薄的智能手機(jī)以及超快的光學(xué)數(shù)據(jù)處理設(shè)備則有望成為超材料發(fā)揮最大影響力的地方。

　　除了彎曲光和改變波之外，來(lái)自卡爾斯魯厄理工學(xué)院的超材料專家Martin Wegener教授認(rèn)為，超材料已經(jīng)被用于指代幾乎所有古怪和神奇的設(shè)計(jì)，只要具有超常性質(zhì)，非自然所有的材料都能歸于超材料。

　　彈性材料的出現(xiàn)同樣令人感到驚喜。在美國(guó)一個(gè)學(xué)術(shù)會(huì)議上，一位來(lái)自荷蘭萊頓大學(xué)的博士畢業(yè)生就展示了一種“可程控材料”。一個(gè)看起來(lái)普通的橡膠板被打了一排孔，而這些孔有兩種大小，通過(guò)小型開關(guān)的控制和特殊的設(shè)計(jì)以便它們可以縱向或者橫向的壓縮。最終可以使橡膠板像一塊超大海綿一樣變硬或者變軟，甚至在擠壓下可以在這兩個(gè)階段進(jìn)行快速轉(zhuǎn)變。相關(guān)公司對(duì)于研發(fā)可感應(yīng)地面并作出調(diào)整的鞋底頗感興趣。哈佛大學(xué)的Katia Bertoldi教授同樣在研究一種類似的彈性材料，其具有負(fù)的“泊松比”，據(jù)此可設(shè)計(jì)出具有復(fù)雜狹縫結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)零件，這使得引擎在壞掉之前能夠經(jīng)得起更多周期的壓縮。加州理工學(xué)院的一個(gè)團(tuán)隊(duì)則在研發(fā)一種反彈陶瓷管，相比傳統(tǒng)脆而硬的陶瓷，這種反彈陶瓷管在被壓縮50%后還能復(fù)原。

　　走出實(shí)驗(yàn)室 10年內(nèi)市場(chǎng)復(fù)合增長(zhǎng)率超20%

　　作為一門非常年輕的學(xué)科，全球關(guān)于超材料的研究?jī)H有十幾年的時(shí)間，但市場(chǎng)已經(jīng)看到了它走出實(shí)驗(yàn)室，走向應(yīng)用的巨大潛力。

　　透明市場(chǎng)調(diào)查公司（Transparency Market Research）發(fā)布了一項(xiàng)標(biāo)題為“超材料技術(shù)——2014-2020全球工業(yè)分析，規(guī)模，股份，增長(zhǎng)，趨勢(shì)與預(yù)測(cè)”的報(bào)告，內(nèi)容稱全球移動(dòng)無(wú)線通信服務(wù)與太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的上升預(yù)示著未來(lái)6年對(duì)超材料的需求將會(huì)增加。此外，風(fēng)險(xiǎn)投資公司也向具有潛力的超材料制造商提供資金，尤其是北美地區(qū)。此舉估計(jì)將會(huì)刺激市場(chǎng)對(duì)超材料技術(shù)的需求。

　　產(chǎn)品方面，超材料技術(shù)可以劃分為無(wú)線電與微波超材料，光子超材料，大赫茲超材料聲學(xué)超材料等（包括紅外超材料與紫外超材料）。從收益方面看，2013年，無(wú)線電與微波頻率電磁超材料領(lǐng)域占全球超材料技術(shù)市場(chǎng)份額的50%。

　　應(yīng)用領(lǐng)域包括通訊與雷達(dá)、成像（醫(yī)學(xué)與工業(yè)）、太陽(yáng)能及音響設(shè)備等。在收益方面，通訊與雷達(dá)將會(huì)是未來(lái)幾年超材料市場(chǎng)上增長(zhǎng)最大與最快的部分。通訊與雷達(dá)應(yīng)用構(gòu)成了2013年超材料技術(shù)市場(chǎng)份額的60%以上。成像（醫(yī)學(xué)與工業(yè)）技術(shù)則是第二大市場(chǎng)，其余的部分包括了微波隱身設(shè)備與地震防護(hù)。

　　北美將會(huì)是預(yù)測(cè)期內(nèi)市場(chǎng)增長(zhǎng)率最快、收益最高的地區(qū)。由于大量風(fēng)險(xiǎn)投資公司為超材料公司投資，以及政府撥款研究國(guó)防應(yīng)用項(xiàng)目，北美地區(qū)的超材料市場(chǎng)預(yù)計(jì)將迅速擴(kuò)張。收益方面，該地區(qū)2013年占超材料市場(chǎng)份額的55%以上。由于大學(xué)之間的合作與民用材料公司的產(chǎn)品開發(fā)，亞太地區(qū)和歐洲地區(qū)的增長(zhǎng)速度也將會(huì)很高。

　　超材料技術(shù)市場(chǎng)預(yù)計(jì)在2020年達(dá)到12.684億美元，2014年至2020年市場(chǎng)擴(kuò)張的年復(fù)合增長(zhǎng)率為21.6%。節(jié)選自上海證券報(bào)。