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        探秘隱形科技

        2020-03-20 03:40:34勞拉·查帕羅

        勞拉·查帕羅

        隱形新時(shí)代

        在英國(guó)科幻小說(shuō)家H.G.威爾斯1897年發(fā)表的小說(shuō)《隱形人》中,一位年輕的物理學(xué)家實(shí)現(xiàn)了人類長(zhǎng)期以來(lái)的夢(mèng)想——發(fā)明了隱身藥水。而在現(xiàn)實(shí)中,隱身仍是一件不可能的事。不過(guò),來(lái)自世界各地的科學(xué)家如今已經(jīng)設(shè)計(jì)出了能夠避開(kāi)光線折射的物體,實(shí)現(xiàn)了某種程度上的“隱形”。

        “在自然界中,沒(méi)有看不見(jiàn)的物體,任何物體都會(huì)產(chǎn)生陰影或反射,所以都會(huì)被看見(jiàn)?!笔ト退沟侔膊牧衔锢碇行牡呢?fù)責(zé)人哈維爾·艾斯普拉解釋說(shuō)。人之所以能看到某樣?xùn)|西,是因?yàn)樗钃趿斯獠ㄍㄟ^(guò),如果能把光波擋在它四周,不讓它反射或吸收光波,使被擋住的光波在它的另一邊匯合并繼續(xù)沿直線傳播,就能實(shí)現(xiàn)所謂的“隱形”。

        瓦倫西亞納米光子技術(shù)中心研究員加西亞·梅卡介紹說(shuō),我們必須區(qū)分兩個(gè)概念:隱形材料和隱形層。前者是種透明的化合物,不容易被看見(jiàn);后者更難實(shí)現(xiàn),因?yàn)樗粌H自身難以被察覺(jué),還能讓其他東西同樣變得不易被發(fā)現(xiàn)。

        加西亞·梅卡和納瓦拉大學(xué)的研究人員合作,設(shè)計(jì)出了一種能在復(fù)雜環(huán)境中隱藏物體的裝置?!霸谖覀?cè)O(shè)計(jì)的裝置里有一個(gè)空心區(qū)域,可以讓光線發(fā)生彎曲,如果將物體放入這個(gè)空心區(qū)域,它不會(huì)產(chǎn)生陰影或光線反射,就會(huì)造成與周圍環(huán)境融為一體的錯(cuò)覺(jué)?!?/p>

        “隱形斗篷”或?qū)⒊蔀楝F(xiàn)實(shí)

        在英國(guó)女作家JK.羅琳所著的《哈利·波特》系列小說(shuō)中,“隱身斗篷”是一件穿上就可以隱身的神奇斗篷,而英國(guó)科學(xué)家新發(fā)現(xiàn)的一種軟性薄膜材料,或許能讓這種“隱身斗篷”變成現(xiàn)實(shí)。

        由英國(guó)圣安德魯大學(xué)的物理學(xué)家安德烈·法爾科帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì),利用一種聚合物和矽材料,通過(guò)復(fù)雜的技術(shù)加工,研發(fā)出了一種新的軟性薄膜材料。這種薄膜是由微小的納米結(jié)構(gòu)組成的一種“超材料”,其表面可以處理光線,從而制造出一種透明的效果。

        目前,這種新型材料僅在堅(jiān)固的物體上實(shí)驗(yàn)成功,還沒(méi)有應(yīng)用在像布料纖維這樣的軟性材質(zhì)物體上。雖然這項(xiàng)研究成果還不能制造出真正意義上的“隱形斗篷”,但至少在隱形材料的研發(fā)上邁出了一大步。而且,據(jù)法爾科介紹:“這種材料具有極好的靈活性,如果運(yùn)用到隱形眼鏡中,可以直接在人們的視網(wǎng)膜上投射全息影像。在他看來(lái),這項(xiàng)技術(shù)在未來(lái)5~10年內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)。

        看不見(jiàn)的金屬納米粒子

        人們之所以可以看到彩虹的多種顏色,是因?yàn)槿搜劭梢钥吹讲ㄩL(zhǎng)在400~750納米范圍內(nèi)的光,也就是說(shuō),波長(zhǎng)不在這個(gè)范圍內(nèi)的光,人眼就無(wú)法察覺(jué)。來(lái)自日本北海道大學(xué)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種金屬納米材料,它的原始形態(tài)會(huì)發(fā)出藍(lán)色的熒光,但在它被研磨成細(xì)粉末時(shí),會(huì)發(fā)出一種人眼難以察覺(jué)的光。

        “我們?cè)跍y(cè)試中發(fā)現(xiàn),這種金屬納米材料的粉末發(fā)出的光波長(zhǎng)超過(guò)了900納米,剛好在人眼可見(jiàn)的光波長(zhǎng)范圍之外。“來(lái)自北海道大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系的研究人員友井和對(duì)此解釋道。關(guān)于這種不可見(jiàn)金屬納米粒子的研究報(bào)告,已經(jīng)發(fā)表在了美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊上。

        團(tuán)隊(duì)的日本科學(xué)家還表示,具有此種特性的材料是極為罕見(jiàn)的,雖然無(wú)論是金屬化合物還是碳?xì)浠衔?,在此之前都得到了無(wú)數(shù)科學(xué)家的廣泛研究,但這兩種化合物的組合卻沒(méi)有人注意到。這次發(fā)現(xiàn)的金屬納米粒子,未來(lái)可用于生產(chǎn)隱形油墨,該油墨憑肉眼不可見(jiàn),但可以通過(guò)檢測(cè)紅外輻射的儀器顯示出來(lái)。

        現(xiàn)代版“隱形墨水”

        通信系統(tǒng)的安全性和保密性,一直是世界各國(guó)政府關(guān)注的焦點(diǎn),因?yàn)橥ㄐ畔到y(tǒng)的安全與否,直接關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的安全。與通信安全有關(guān)的最著名的例子,莫過(guò)于二戰(zhàn)時(shí)期英國(guó)數(shù)學(xué)家阿蘭·圖靈通過(guò) Enigma解開(kāi)了納粹的加密信息,讓盟軍提前預(yù)知了德軍的各項(xiàng)行動(dòng)。

        從過(guò)去到現(xiàn)在,為了保證加密通信,有無(wú)數(shù)種設(shè)備被開(kāi)發(fā)了出來(lái),其中就包括“隱形墨水”。如今,以色列魏茨曼科學(xué)研究所的研究人員發(fā)明了一種新型熒光分子傳感器,它可以利用不同化學(xué)物質(zhì)的屬性加密和解碼書面信息。作為一種現(xiàn)代版的“隱形墨水”,它可以繞開(kāi)不夠安全的電子信息系統(tǒng),為用戶提供一種更安全的通信方式。

        “它就像一臺(tái)加密機(jī)器,也就是說(shuō),只要我們共享相同的分子,就可以用它在一張簡(jiǎn)單的信紙上發(fā)送秘密信息,未經(jīng)授權(quán)的用戶很難將它破譯出來(lái)。”魏茨曼科學(xué)研究所的大衛(wèi)·馬格利斯對(duì)此解釋道。

        這種熒光分子傳感器可以通過(guò)生成特定的熒光發(fā)射光譜,來(lái)分析辨別不同的化學(xué)物質(zhì),當(dāng)發(fā)件人發(fā)送一條信息時(shí),需要先把信息依據(jù)一個(gè)公開(kāi)的字母數(shù)字代碼表轉(zhuǎn)化為數(shù)字,然后再添加一個(gè)密鑰,這個(gè)密鑰通過(guò)向熒光分子傳感器中隨機(jī)添加某些特定的化學(xué)品產(chǎn)生,然后就會(huì)生成由這些化學(xué)品產(chǎn)生的獨(dú)特圖案。這個(gè)密鑰會(huì)被加載在原始信息上,然后發(fā)件人可以通過(guò)電子郵件、郵寄、傳真等方式給收件人發(fā)送該加密信息。收件人收到信息后,需要有一個(gè)完全一樣的熒光分子傳感器,且知道隨機(jī)選擇的化學(xué)品編碼,并將化學(xué)品加入到傳感器中就可以解碼信息。

        隱形材料有什么用?

        能源、安全和電子消費(fèi)領(lǐng)域,都將受益于這種透明化合物的開(kāi)發(fā),比如以下舉出的三個(gè)例子:

        1.透明超導(dǎo)體

        材料科學(xué)領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)之一,是研究如何以最高效率來(lái)傳輸電力。如果制造電纜所用的材料,能夠不反射、吸收或散射光,傳輸路徑中的能量損耗將大大減少。

        2.安全油墨

        據(jù)國(guó)際商會(huì)統(tǒng)計(jì),造假在全世界十分普遍,全球每年因?yàn)樵旒僖獡p失近6500億美元。而一種在普通光下不可見(jiàn),在紫外線光下才可見(jiàn)的熒光油墨,可以被印成條形碼或二維碼,用在鈔票、酒瓶、奢侈品提包以及昂貴化妝品上,消費(fèi)者只需用智能手機(jī)掃一下碼,就能立刻知道產(chǎn)品真?zhèn)巍?/p>

        3.超細(xì)材料

        谷歌和三星等公司正在研發(fā)新型超細(xì)材料,用于設(shè)計(jì)一款能夠適用在人眼表面的透明設(shè)備模型,這種設(shè)備可以不間斷地檢測(cè)糖尿病患者體內(nèi)的血糖水平,為他們的身體健康保駕護(hù)航。

        隱形材料的未來(lái)前景

        美國(guó)加州大學(xué)的研究人員表示,目前這些高科技材料都還無(wú)法實(shí)現(xiàn)營(yíng)利,因?yàn)樗鼈兌紒?lái)自科研實(shí)驗(yàn)室,無(wú)法大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)?!安贿^(guò),對(duì)這一行業(yè)的未來(lái),我還是很樂(lè)觀的,我有預(yù)感,這些納米材料未來(lái)將無(wú)處不在,營(yíng)利也只是早晚的問(wèn)題,只要想想過(guò)去的微電子革命就知道了。”

        可以預(yù)見(jiàn)的是,未來(lái)隱形材料會(huì)被大規(guī)模地運(yùn)用在軍事領(lǐng)域中。隱形材料不僅可以為軍用裝置、車輛、武器提供隱藏策略,還可以讓它們躲過(guò)不同的雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)。事實(shí)上,從20世紀(jì)80年代起,美國(guó)就研發(fā)出了隱形戰(zhàn)斗機(jī),并不斷對(duì)其雷達(dá)、數(shù)據(jù)鏈和武器系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。與此同時(shí),隸屬于五角大樓的美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局,也正在開(kāi)發(fā)一種具備隱形、自我修復(fù)和擊穿能力的防護(hù)盾。除了軍事領(lǐng)域,隱形材料未來(lái)也將在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和天文學(xué)領(lǐng)域大放異彩,因?yàn)樗鼮閷?shí)現(xiàn)精細(xì)化的光學(xué)操作提供了可能。

        無(wú)論將來(lái)隱形材料被用于哪個(gè)領(lǐng)域,它都是為人們的需要而生。正如英國(guó)科幻小說(shuō)家H.G.威爾斯在《隱形人》中所說(shuō)的:“無(wú)論如何,真正重要的是科學(xué)進(jìn)步對(duì)這個(gè)世界所造成的影響,以及給人們的生活方式帶來(lái)的變化。”

        (岐岐摘自《海外文摘》2019年第12期)

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