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超质料:‘中国制造’的全面领先

文章来源:必发365咨询整理 作者:必发365咨询整理 阅读量:297 宣布时间:2023-04-04

质料技术是社会生长的物质基础和先导 ,也是一个国家国防力量最重要的物质基础 。国防工业往往是新质料技术结果的优先使用者 ,新质料技术的研究和开发对国防工业和武器装备的生长起着决定性的作用 。行业内有着“一代质料 ,一代装备”的说法 。

在军用飞机领域 ,质料的进步对战机的升级换代起到要害的支撑作用 。好比 ,为抵达结构减重、满足高温条件下结构强度要求及实现结构的隐身要求等 。结构重量的减少意味着可多带燃油或其他有效载荷 ,不但可以增加航行距离 ,并且可以提高单位结构重量的效费比 。目前 ,钛合金、复合质料、超高强度钢、高温合金等结构质料以及光电功效质料、贮氢质料、隐身质料等功效质料在航空、航天、船舶、武器行业获得大宗应用 ,而这些古板高新质料很是依赖种种稀缺资源 ,因此必须探索创立能逾越通例质料物理性质极限的新型质料 。

超质料可说是近年来在媒体上出镜率较高的科技界“明星”之一 ,原因就在于超质料在全球规模内广受重视 ,世界工业强国大都划拨专项资金 ,全方位启动了与之密切相关的研究计划 。在这些国家科学家锲而不舍和孜孜不倦的努力下 ,如今超质料的研究和应用都取得了许多重要进展或重大乐成 ,它在航天、通信、电力、制造、建筑、新能源、电子器件、医学治疗、丈量成像、国防军事和日常生活等方面的应用已开始走出实验室 ,不绝展现出良好的生长潜力和辽阔的应用前景 。据此 ,有专家和媒体体现“超质料有着神奇的特性” ,甚至声称“超质料无所不可” ,并预测“未来 ,超质料或将改变世界” 。

人们目今发明的超质料所具备的特性有许多 ,其中对国防军事领域最有吸引力的包括超常电磁、导电、光学、仿生、疏水等别具一格的重要特性 。利用具有这些特性的超质料 ,可以极大地革新武器装备的性能或设计制造出全新的武器装备 ,为提高步队的作战能力和打赢现代化战争涤讪物质基础 。

1. 超质料不反射电磁波 ,能实现隐身隐形

古板通例质料组成的物体 ,会把照射到其上的绝大部分电磁波反射回去 ,被雷达、光电等探测装备捕获 ,或被人的裸眼觉察到 ,所以无法做到隐身隐形 。但超质料通过细微的几何单位构形和排列 ,让电磁波的折射率被人为控制 ,使照射到物体外貌的微波、红外和光波等特定频率的电磁波弯曲后“绕道”而行 ,或者像流水一样自如地滑过物体外貌前行 ,不再爆发电磁波的反射现象 ,从而无法被探测到或看到 。这与现在主要接纳隐身外形设计和隐身涂层的要领 ,通过散射和吸收电磁波实现隐身的作用机理截然差别 。所以 ,超质料隐身隐形具有推翻性的影响 ,能为作战平台和武器装备制成隐身蒙皮 ,在不改变它们外形特征和不影响它们动力学特性的情况下 ,使它们具备雷达和红外隐身性能 ,甚至能对超质料同时通过结构的叠加设计 ,制成科幻影戏中超人用的隐身大氅 ,让披挂上它的士兵既能对光波隐形 ,又能对特定频率的声音隐声 ,在战场上抵达古往今来人们一直苦苦修炼的“来无形、去无踪”的效果 。

2. 超质料电磁波反射强烈 ,能实现“显身”

电子战中 ,在对抗敌方雷达探测时 ,经常要接纳电子欺骗 ,这其中有一种手段要用到由三块相互笔直的金属平板制成的角反射器 ,它放到目标周边适宜的所在 ,就能以较大的散射截面对入射电磁波进行强烈的反射 ,以此形乐成能性假目标并爆发“显身”效应 ,目的是隐真示假 ,迷惑和诱骗敌方的雷达 ,掩护真目标 。但古板质料组成的角反射器 ,金属板较厚、重量也很重 。而更大的缺陷是 ,它对差别事情频率的雷达波反射的强弱纷歧样 ,带来实际应用上的局限性 ,有时难以发挥出欺骗效果 。其实 ,凭据入射波的频率巨细对单位结构进行周期性地排列 ,能复合成一种厚度很薄、强度很高、反射能力更好 ,并对特定频段内的电磁波都有很好反射作用的超质料 。用这种超质料制作角反射器 ,不但整体重量轻 ,便于携带、布设和撤收 ,对雷达波反射更强;更绝的是 ,它对差别频率的雷达波的散射截面都基内幕同 ,从而能有效对抗差别频率的雷达或探测能力更强的变频雷达 ,更好地实施电子欺骗 。

3. 超质料聚束好 ,能实现电磁波偏向可控

雷达和通信等军用电子系统及正在实用化的微波武器系统的天线 ,为坚持高的强度、强的耐腐性、好的偏向性 ,当用古板的通例质料制造时 ,总体上说难以克服厚度大、重量重、口径宽等缺陷 。但用超质料制作 ,因为它经过了细致入微的结构和电磁参数设计 ,能大大降低质料的质量密度 ,提高其柔韧性及强度和抗腐化能力 ,并可在很洪流平上控制或利用电磁波和声波的传输历程 ,所以由超质料结构的天线 ,不但重量轻、厚度薄、强度高、抗腐化 ,可省去外部起;ぷ饔玫奶煜哒 ,并且天线的聚束能力强、事情频带宽、信号损失少、情况适应性好、口径可制作得更小 ,并拥有可控的电磁波偏向和很强的目标追踪能力 ,信号发射和接收效能都很高 ,且其良好的柔韧性能实现与载体弯曲外貌的有机融合或共形设计 ,进而增强系统的隐蔽性 ,并有利于对天线的拼装和折叠 ,便于步队作战时的携带、架设和撤收 ,提高作战的机动能力 。

4. 超质料导电率极高 ,能实现事情时不发热

用硅和锗等半导体质料制作的晶体管、集成电路和芯片等电子器件 ,受导电率的制约 ,事情时都要发出许多热量 ,特别是在长时间或坚持高性能运行时 。这一方面白白泯灭了能量 ,降低了器件性能的发挥 ,另一方面还必须用电扇和散热器等隶属设施进行降温散热 ,以维持电子电气设备性能、制止引发故障 ,这势必增大了电子电气设备的重量和体积 ,增加了本钱 。而超质料却差别 ,它能像石墨烯质料一样 ,被用人工方法结构成单原子层 ,不过其原子为其他(如锡)原子而非碳原子 ,因此能爆发石墨烯都无法抵达的导电水平——室温下100%的导电率(即零电阻率) ,从而对电子器件带来革命性的影响 。这就是说 ,用超质料为基材制作的电子器件 ,能具备超常的导电特性 ,事情时不再会带来发热现象 ,所以当被用于雷达、通信等军用电子设备和武器装备中 ,能极大降低它们的重量和体积、降低本钱 ,同时提高可靠性 ,增强性能 ,延长事情时间 。

5. 超质料光学性能奇异 ,能实现平面聚焦

古板的照相机、摄像机等光电成像设备 ,最要害的部分就是光学镜头 ,它往往是由一组差别厚度和高抛光面的玻璃透镜组成 。当物体的反射光穿过光学镜头时 ,利用光的折射现象把光聚焦到一点后就能对物体成像 。光学镜头在成像设备中 ,首先是体积和重量很大 ,其次因为通光量有限保存像差 ,降低了对物体的成像质量 。如果接纳对微观单位重组和排列的方法 ,凭据光波的传输要求对证料进行特殊设计 ,就能结构出由差别化合物嵌套的、具备神异光学特性的超质料 ,进而制造出所谓的平面透镜 ,它能利用二维平面、以非通例的方法聚焦光线对物体成像 。超质料的平面透镜成像时 ,不需要镜头或配套的任何移动零部件 ,且基本无需考虑通光量问题 ,因而不会泛起像差 。由此组成侦察卫星的光学成像系统 ,不但结构简单、重量轻、体积小、可靠性高 ,便于卫星携载和火箭发射 ,明显提升卫星的隐蔽性 ,增加卫星生存能力 ,延长卫星寿命 ,并且卫星在侦察时光波传输能力强 ,对地面目标成像效果优异 。

6. 超质料具备仿生特性 ,能实现伤口自愈合

众所周知 ,人类和动物包括植物受伤后 ,都能在一定水平上自体疗伤、快速自动愈合伤口 ,体现出强大的自修复和自愈合能力 ,但许多其他物体(特别是非生物的)却没有这种能力 。利用质料复合技术 ,通过内嵌和结构编码或重组 ,可以制造出具备不可思议的自愈合能力的超质料 ,它能模仿动物或植物的体内渗液修复方法 ,自动愈合伤口 。由此 ,就能把这种具备仿生能力的超质料 ,作为坦克、战机、舰艇等作战平台或武器装备的基本构材 。这样的超质料不但拥有作战平台或武器装备所要求的所有特性 ,并且能在外貌泛起破损或受到战伤时 ,利用内嵌的“血管系统” ,渗出一种特殊修复液体——也可是另一种超质料 ,填充、笼罩裂缝或损伤部位并快速抹平和凝固 ,实时完成伤口的自修复和自愈合 ,真正实现军队恒久追寻的、作战平台和武器装备在战时“轻伤不下火线”的目标 ,让它们有须要的完好率 ,能连续作战并完成作战任务 。

7. 超质料拥有疏水特性 ,能实现防水抗腐化

普通的质料 ,如木板、塑料和金属等 ,甚至外貌光泽平滑陶瓷和玻璃 ,浸入水中拿出后不可能一点水都不沾 。但结构成微纳米结构外貌 ,对外貌粗糙度进行人工设计和搭配 ,并用专门溶液浸泡处理后获得的超质料 ,从水中取出却能像荷花一样“出污泥而不染” ,不但不会带出任何水珠 ,外貌仍然十分干爽 ,说明超质料爆发了很好的疏水特性 。想想看 ,把这种超质料用于舰艇或水中武器的外外貌 ,可在外貌形成一层空气垫 ,改变舰艇、水中武器与水的接触状态 ,使它们在水上航行或水下潜行时所受阻力更小 ,极大地提高它们的航速或攻击速度 。同时 ,再结合超质料所具备的良好的疏水特性 ,还能对抗高盐分雨水、海水和雾气及微生物的侵蚀 ,增强不得不恒久浸入水中的舰艇的抗腐化和防锈能力 ,降低舰艇的维护保养难度和用度 ,延长舰艇的使用寿命 ,让舰艇恒久保有“金刚不烂”之身 。


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