好好利用这种材质 穿隐身衣的难度会大大降低

随着春节假期的临近，北京环球度假区即将迎来一波游客。在它的主题公园里，哈利波特的魔法世界有很多粉丝。如果你问魔法世界里最吸引人的东西是什么，或许很多人都会回答：隐身衣。

在武侠或科幻作品中，对隐身术的描述总是充满想象力，它已经成为许多人幻想的超级力量。如果你能把自己藏在茫茫人海中，或者用隐身术在空中制造一些吊物的“恶作剧”，光是想想就很酷。那么，有没有什么手段和方法可以让我们如自己所愿地实现隐身呢？从科学上讲，答案是肯定的。

隐身术即“低可探测技术”

在某种程度上，隐身技术在军事领域的应用更加成熟。但是，这里所说的不可见性，应该准确地称为“低可探测技术”，即利用各种技术手段改变目标的可探测信息特征。

这些技术手段包括采用独特设计的吸波和透波材料，以减少目标对电磁波和光波的反射；采取隔热散热措施，减少目标的红外辐射；折射光线使人眼无法探测到目标，降低了被发现的可能性；在军用飞机、舰船和火箭中，利用雷达隐身材料和红外隐身材料使目标逃离探测仪器，达到隐身效果。

但是，这种隐形和人类想象中的隐形超能力还是有区别的。毕竟要实现人类的隐形，不仅要避开各种检测仪器，还要避开最精密的人眼，技术难度可想而知。

隐身材料是研发关键点

2006年，英国伦敦帝国理工学院物理学家约翰彭德里等人分别提出了电磁隐身衣理论，引起了广泛关注。

科学家发现，当材料的介电常数和磁导率满足一定关系时，电磁波会在介质中沿给定的曲线传播而不发生反射，从而模拟扭曲的时空。

这意味着人类可以通过精确的设计自由控制电磁波。借鉴变换光学理论，科学家预言了热隐形斗篷：即利用人工修饰微结构的超材料，改变波的传播路径，使其绕过物体，从而使物体不可见。

此后，隐身斗篷的发展成为电磁学、物理学、光学、材料科学和交叉学科中最先进、最热门的研究领域之一。基于超材料支撑的变换光学也成为物理领域的热门话题。

根据该理论，隐身材料是隐身技术发展的关键。约翰彭德里在接受媒体采访时表示，转化光学器件所需的材料参数对于天然材料来说相当苛刻，甚至难以实现，超材料为转化光学器件的制备提供了更简单的可能性。可以说，超材料的出现和发展促进了人们制作隐形衣的热情，在隐身研究领域得到广泛传播。

理想情况下，通过人为调整参数，一定可以设计制造出具有特定性能的吸波材料，从而设计实现许多不同功能的器件，如隐形衣、视错觉器件、旋转器等。但在实际应用中，为了达到隐身效果，通常需要对电磁参数进行简化，以避免电磁参数为无穷大或负值，还需要使用复杂的结构来等效梯度折射率材料。这些工艺需要昂贵的光刻技术和繁琐的制造方法，由于各种限制，最终的实际效果将大大降低。因此，超材料在成为隐身材料之前还有一定的距离。

不用超材料也可实现隐身

面对目前超材料的局限性，科学家们取得了新的突破。

近日，厦门大学物理科学与技术学院陈课题组与其他研究人员合作，发现利用普通二维天然材料三氧化钼(-MoO3)制作隐身器件可以有效地抑制电磁辐射。

研究人员发现，当三氧化钼片缠绕在圆柱形光纤上时，中红外电磁照明下的物体在视觉上消失了。最新的模拟计算表明，三氧化钼这种天然材料具有超材料的特性，不需要复杂的加工就能成为理想的隐身材料。

陈解释说，到达该结构的法布里-珀罗共振的光可以以最小的散射传播通过三氧化钼隐形聚光器，并且能量在中心被加强，到达。

在电磁照射下隐藏物体，即隐身。“三氧化钼将光线按一定方向挤压到核心，相当于将光线捕捉到物体内部。如果折射率和阻抗匹配，会觉得核心不存在，造成隐身效果。”陈对说道。

此外，新兴的三氧化钼替代超材料制成的隐身器件在特定光源位置也表现出错觉效应，使人们无法通过外场判断光源的真实位置。

天然材料优势多多

“这是第一次使用二维材料来改变光学器件的设计。通常我们需要超材料，但这次要简单得多。”据陈介绍，人们普遍认为，完美的隐身效果很大程度上取决于人造材料，这一实验结果为天然二维材料替代超材料制造隐身器件提供了新的可能。此外，与超材料相比，这种材料在价格和制造方面更具优势。

此外，传统超材料存在跨尺度制备问题。例如，超材料人工原子是纳米结构的，因此毫米级器件涉及跨尺度制造，其计算、设计和制造都非常困难。但实际投入使用的隐身器件，如隐形衣，一般尺寸较大，准备难度可想而知。利用二维层状材料，特别是具有光学各向异性的二维层状材料，作为类似人工超材料的基本构建单元，可以突破跨尺度制备问题。

研究结果表明，双曲材料作为变换光学的新材料基础，可以产生更多超越不可见聚光器的新的纳米光子概念，如多频超图案化、变换等等离子体激元。

这项研究在初步实验中取得了令人满意的结果，但仍然处于验证阶段。“各向异性和渐变是超材料的特性，也是变换光学所需要的，如果二维材料也能实现类似的调控，将是一个非常有前景的领域。”陈焕阳介绍，在一些研究人员合作进行的另一项研究中，研究人员合作构筑的叠层结构，已经可以通过控制两片三氧化钼晶体的叠层转角，从光学上实现从椭圆色散到双曲色散的各向异性连续调控。虽然目前渐变调控还存在困难，但相信不久的将来，这些难题能够被攻破。

研究人员表示，如果这些科学问题都能解决，也许可以催生一个变换等离激元学的新研究方向。这些课题目前都是偏应用基础性的研究，在产业和商业化应用上还有相当长的一段路要走，但毋庸置疑，新材料及其新特性的发现一定会带来一些新的应用。