研究人員開發(fā)能夠捕獲和抑制電磁波的超蒙皮

李洪興

據(jù)美國《科學(xué)報告》雜志最近報道稱，美國衣阿華州立大學(xué)的工程技術(shù)人員開發(fā)了一種新型的可伸縮可彎折的彈性“超蒙皮”（“meta-skin”）。“超蒙皮”采用成行的細小液態(tài)金屬元件遮蓋物體，使之難以被雷達探測到。“超蒙皮”的名稱來自于“超材料”（metamaterials），“超材料”是指無法在自然界中找到且能夠操控電磁波的復(fù)合材料。聚合物超蒙皮經(jīng)過拉伸和彎曲調(diào)整，能夠減小頻率范圍很寬的雷達波的反射。研究人員認為，超蒙皮技術(shù)可在電磁頻率調(diào)諧、屏蔽和散射抑制中獲得廣泛應(yīng)用。

超蒙皮的主要發(fā)明者是衣阿華州立大學(xué)電氣和計算機工程系的董良副教授和宋繼明教授。參與相關(guān)工作的還有楊思明、劉鵬、王秋古和楊明達（以上所有人名均為音譯）。相關(guān)研究計劃得到了美國國家科學(xué)基金會和中國獎學(xué)金委員會的支持。

董良具有制造微型器件、納米器件以及參與聚合物工作的背景，宋繼明則擁有尋求電磁波新應(yīng)用的專門技術(shù)。他們一起工作，希望能夠證明一種新的理念，即電磁波，甚至波長比較短的可見光，都能夠采用柔性的可調(diào)液態(tài)金屬技術(shù)進行抑制。

他們研制出了嵌入成行開口環(huán)狀諧振器的硅樹脂片。電子諧振器中填充最終得到了成行嵌入硅樹脂片層中的分離環(huán)形諧振器，電諧振器充滿了在室溫下呈液態(tài)的鎵銦錫合金（galinstan）。這種液態(tài)金屬合金的毒性要低于諸如汞等其他液態(tài)金屬。環(huán)形諧振器的外徑為2.5毫米，寬度為0.5毫米。環(huán)形諧振器之間有1毫米的間隙，實質(zhì)上產(chǎn)生小而彎曲的液態(tài)金屬節(jié)。開口環(huán)產(chǎn)生電感，間隙產(chǎn)生電容，這兩者構(gòu)成諧振器，能夠捕獲和抑制一定頻率的雷達波。將超蒙皮拉伸，就可以改變液態(tài)金屬環(huán)的大小，進而改變器件的抑制頻率。

試驗表明，超蒙皮對于頻率在8～10吉赫茲的雷達波，抑制率大約為75%。如果物體被超蒙皮所包裹，所有入射方向和所有觀察角度的雷達波都會受到抑制。因此，超蒙皮技術(shù)與傳統(tǒng)的隱身技術(shù)不同，后者只是減少后向散射，也就是減少向探測雷達反射的雷達能量。

研究人員相信超蒙皮將來有可能被用來覆蓋下一代隱身飛機的表面，甚至還希望可以用來制作隱身斗篷。他們的長期目標是縮小器件體積，然后將它們應(yīng)用于更高頻率的電磁波，例如可見光和紅外光。他們認為，雖然今后的應(yīng)用需要先進的納米制造技術(shù)和適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)改型，但是他們的研究已經(jīng)證明了頻率調(diào)整和增寬的概念以及運用蒙皮型超材料進行的多方向電磁波抑制。