论文部分内容阅读
隐形新时代
在英国科幻小说家H.G.威尔斯1897年发表的小说《隐形人》中，一位年轻的物理学家实现了人类长期以来的梦想——发明了隐身药水。而在现实中，隐身仍是一件不可能的事。不过，来自世界各地的科学家如今已经设计出了能够避开光线折射的物体，实现了某种程度上的“隐形”。
“在自然界中，没有看不见的物体，任何物体都会产生阴影或反射，所以都会被看见。”圣塞巴斯蒂安材料物理中心的负责人哈维尔·艾斯普拉解释说。人之所以能看到某样东西，是因为它阻挡了光波通过，如果能把光波挡在它四周，不让它反射或吸收光波，使被挡住的光波在它的另一边汇合并继续沿直线传播，就能实现所谓的“隐形”。
瓦伦西亚纳米光子技术中心研究员加西亚·梅卡介绍说，我们必须区分两个概念：隐形材料和隐形层。前者是种透明的化合物，不容易被看见;后者更难实现，因为它不仅自身难以被察觉，还能让其他东西同样变得不易被發现。
加西亚·梅卡和纳瓦拉大学的研究人员合作，设计出了一种能在复杂环境中隐藏物体的装置。“在我们设计的装置里有一个空心区域，可以让光线发生弯曲，如果将物体放入这个空心区域，它不会产生阴影或光线反射，就会造成与周围环境融为一体的错觉。”
“隐形斗篷”或将成为现实
在英国女作家JK.罗琳所著的《哈利·波特》系列小说中，“隐身斗篷”是一件穿上就可以隐身的神奇斗篷，而英国科学家新发现的一种软性薄膜材料，或许能让这种“隐身斗篷”变成现实。
由英国圣安德鲁大学的物理学家安德烈·法尔科带领的研究团队，利用一种聚合物和矽材料，通过复杂的技术加工，研发出了一种新的软性薄膜材料。这种薄膜是由微小的纳米结构组成的一种“超材料”，其表面可以处理光线，从而制造出一种透明的效果。
目前，这种新型材料仅在坚固的物体上实验成功，还没有应用在像布料纤维这样的软性材质物体上。虽然这项研究成果还不能制造出真正意义上的“隐形斗篷”，但至少在隐形材料的研发上迈出了一大步。而且，据法尔科介绍：“这种材料具有极好的灵活性，如果运用到隐形眼镜中，可以直接在人们的视网膜上投射全息影像。在他看来，这项技术在未来5～10年内就可以实现。
看不见的金属纳米粒子
人们之所以可以看到彩虹的多种颜色，是因为人眼可以看到波长在400～750纳米范围内的光，也就是说，波长不在这个范围内的光，人眼就无法察觉。来自日本北海道大学的团队发现了一种金属纳米材料，它的原始形态会发出蓝色的荧光，但在它被研磨成细粉末时，会发出一种人眼难以察觉的光。
“我们在测试中发现，这种金属纳米材料的粉末发出的光波长超过了900纳米，刚好在人眼可见的光波长范围之外。“来自北海道大学应用化学系的研究人员友井和对此解释道。关于这种不可见金属纳米粒子的研究报告，已经发表在了美国化学学会期刊上。
团队的日本科学家还表示，具有此种特性的材料是极为罕见的，虽然无论是金属化合物还是碳氢化合物，在此之前都得到了无数科学家的广泛研究，但这两种化合物的组合却没有人注意到。这次发现的金属纳米粒子，未来可用于生产隐形油墨，该油墨凭肉眼不可见，但可以通过检测红外辐射的仪器显示出来。
现代版“隐形墨水”
通信系统的安全性和保密性，一直是世界各国政府关注的焦点，因为通信系统的安全与否，直接关系到一个国家的安全。与通信安全有关的最著名的例子，莫过于二战时期英国数学家阿兰·图灵通过 Enigma解开了纳粹的加密信息，让盟军提前预知了德军的各项行动。
从过去到现在，为了保证加密通信，有无数种设备被开发了出来，其中就包括“隐形墨水”。如今，以色列魏茨曼科学研究所的研究人员发明了一种新型荧光分子传感器，它可以利用不同化学物质的属性加密和解码书面信息。作为一种现代版的“隐形墨水”，它可以绕开不够安全的电子信息系统，为用户提供一种更安全的通信方式。
“它就像一台加密机器，也就是说，只要我们共享相同的分子，就可以用它在一张简单的信纸上发送秘密信息，未经授权的用户很难将它破译出来。”魏茨曼科学研究所的大卫·马格利斯对此解释道。
这种荧光分子传感器可以通过生成特定的荧光发射光谱，来分析辨別不同的化学物质，当发件人发送一条信息时，需要先把信息依据一个公开的字母数字代码表转化为数字，然后再添加一个密钥，这个密钥通过向荧光分子传感器中随机添加某些特定的化学品产生，然后就会生成由这些化学品产生的独特图案。这个密钥会被加载在原始信息上，然后发件人可以通过电子邮件、邮寄、传真等方式给收件人发送该加密信息。收件人收到信息后，需要有一个完全一样的荧光分子传感器，且知道随机选择的化学品编码，并将化学品加入到传感器中就可以解码信息。
隐形材料有什么用？
能源、安全和电子消费领域，都将受益于这种透明化合物的开发，比如以下举出的三个例子：
1.透明超导体
材料科学领域的主要挑战之一，是研究如何以最高效率来传输电力。如果制造电缆所用的材料，能够不反射、吸收或散射光，传输路径中的能量损耗将大大减少。
2.安全油墨
据国际商会统计，造假在全世界十分普遍，全球每年因为造假要损失近6500亿美元。而一种在普通光下不可见，在紫外线光下才可见的荧光油墨，可以被印成条形码或二维码，用在钞票、酒瓶、奢侈品提包以及昂贵化妆品上，消费者只需用智能手机扫一下码，就能立刻知道产品真伪。
3.超细材料
谷歌和三星等公司正在研发新型超细材料，用于设计一款能够适用在人眼表面的透明设备模型，这种设备可以不间断地检测糖尿病患者体内的血糖水平，为他们的身体健康保驾护航。
隐形材料的未来前景
美国加州大学的研究人员表示，目前这些高科技材料都还无法实现营利，因为它们都来自科研实验室，无法大规模工业化生产。“不过，对这一行业的未来，我还是很乐观的，我有预感，这些纳米材料未来将无处不在，营利也只是早晚的问题，只要想想过去的微电子革命就知道了。”
可以预见的是，未来隐形材料会被大规模地运用在军事领域中。隐形材料不仅可以为军用装置、车辆、武器提供隐藏策略，还可以让它们躲过不同的雷达探测系统。事实上，从20世纪80年代起，美国就研发出了隐形战斗机，并不断对其雷达、数据链和武器系统进行升级。与此同时，隶属于五角大楼的美国国防部高级研究计划局，也正在开发一种具备隐形、自我修复和击穿能力的防护盾。除了军事领域，隐形材料未来也将在生物医学领域和天文学领域大放异彩，因为它为实现精细化的光学操作提供了可能。
无论将来隐形材料被用于哪个领域，它都是为人们的需要而生。正如英国科幻小说家H.G.威尔斯在《隐形人》中所说的：“无论如何，真正重要的是科学进步对这个世界所造成的影响，以及给人们的生活方式带来的变化。”
（岐岐摘自《海外文摘》2019年第12期）
在英国科幻小说家H.G.威尔斯1897年发表的小说《隐形人》中，一位年轻的物理学家实现了人类长期以来的梦想——发明了隐身药水。而在现实中，隐身仍是一件不可能的事。不过，来自世界各地的科学家如今已经设计出了能够避开光线折射的物体，实现了某种程度上的“隐形”。
“在自然界中，没有看不见的物体，任何物体都会产生阴影或反射，所以都会被看见。”圣塞巴斯蒂安材料物理中心的负责人哈维尔·艾斯普拉解释说。人之所以能看到某样东西，是因为它阻挡了光波通过，如果能把光波挡在它四周，不让它反射或吸收光波，使被挡住的光波在它的另一边汇合并继续沿直线传播，就能实现所谓的“隐形”。
瓦伦西亚纳米光子技术中心研究员加西亚·梅卡介绍说，我们必须区分两个概念：隐形材料和隐形层。前者是种透明的化合物，不容易被看见;后者更难实现，因为它不仅自身难以被察觉，还能让其他东西同样变得不易被發现。
加西亚·梅卡和纳瓦拉大学的研究人员合作，设计出了一种能在复杂环境中隐藏物体的装置。“在我们设计的装置里有一个空心区域，可以让光线发生弯曲，如果将物体放入这个空心区域，它不会产生阴影或光线反射，就会造成与周围环境融为一体的错觉。”
“隐形斗篷”或将成为现实
在英国女作家JK.罗琳所著的《哈利·波特》系列小说中，“隐身斗篷”是一件穿上就可以隐身的神奇斗篷，而英国科学家新发现的一种软性薄膜材料，或许能让这种“隐身斗篷”变成现实。
由英国圣安德鲁大学的物理学家安德烈·法尔科带领的研究团队，利用一种聚合物和矽材料，通过复杂的技术加工，研发出了一种新的软性薄膜材料。这种薄膜是由微小的纳米结构组成的一种“超材料”，其表面可以处理光线，从而制造出一种透明的效果。
目前，这种新型材料仅在坚固的物体上实验成功，还没有应用在像布料纤维这样的软性材质物体上。虽然这项研究成果还不能制造出真正意义上的“隐形斗篷”，但至少在隐形材料的研发上迈出了一大步。而且，据法尔科介绍：“这种材料具有极好的灵活性，如果运用到隐形眼镜中，可以直接在人们的视网膜上投射全息影像。在他看来，这项技术在未来5～10年内就可以实现。
看不见的金属纳米粒子
人们之所以可以看到彩虹的多种颜色，是因为人眼可以看到波长在400～750纳米范围内的光，也就是说，波长不在这个范围内的光，人眼就无法察觉。来自日本北海道大学的团队发现了一种金属纳米材料，它的原始形态会发出蓝色的荧光，但在它被研磨成细粉末时，会发出一种人眼难以察觉的光。
“我们在测试中发现，这种金属纳米材料的粉末发出的光波长超过了900纳米，刚好在人眼可见的光波长范围之外。“来自北海道大学应用化学系的研究人员友井和对此解释道。关于这种不可见金属纳米粒子的研究报告，已经发表在了美国化学学会期刊上。
团队的日本科学家还表示，具有此种特性的材料是极为罕见的，虽然无论是金属化合物还是碳氢化合物，在此之前都得到了无数科学家的广泛研究，但这两种化合物的组合却没有人注意到。这次发现的金属纳米粒子，未来可用于生产隐形油墨，该油墨凭肉眼不可见，但可以通过检测红外辐射的仪器显示出来。
现代版“隐形墨水”
通信系统的安全性和保密性，一直是世界各国政府关注的焦点，因为通信系统的安全与否，直接关系到一个国家的安全。与通信安全有关的最著名的例子，莫过于二战时期英国数学家阿兰·图灵通过 Enigma解开了纳粹的加密信息，让盟军提前预知了德军的各项行动。
从过去到现在，为了保证加密通信，有无数种设备被开发了出来，其中就包括“隐形墨水”。如今，以色列魏茨曼科学研究所的研究人员发明了一种新型荧光分子传感器，它可以利用不同化学物质的属性加密和解码书面信息。作为一种现代版的“隐形墨水”，它可以绕开不够安全的电子信息系统，为用户提供一种更安全的通信方式。
“它就像一台加密机器，也就是说，只要我们共享相同的分子，就可以用它在一张简单的信纸上发送秘密信息，未经授权的用户很难将它破译出来。”魏茨曼科学研究所的大卫·马格利斯对此解释道。
这种荧光分子传感器可以通过生成特定的荧光发射光谱，来分析辨別不同的化学物质，当发件人发送一条信息时，需要先把信息依据一个公开的字母数字代码表转化为数字，然后再添加一个密钥，这个密钥通过向荧光分子传感器中随机添加某些特定的化学品产生，然后就会生成由这些化学品产生的独特图案。这个密钥会被加载在原始信息上，然后发件人可以通过电子邮件、邮寄、传真等方式给收件人发送该加密信息。收件人收到信息后，需要有一个完全一样的荧光分子传感器，且知道随机选择的化学品编码，并将化学品加入到传感器中就可以解码信息。
隐形材料有什么用？
能源、安全和电子消费领域，都将受益于这种透明化合物的开发，比如以下举出的三个例子：
1.透明超导体
材料科学领域的主要挑战之一，是研究如何以最高效率来传输电力。如果制造电缆所用的材料，能够不反射、吸收或散射光，传输路径中的能量损耗将大大减少。
2.安全油墨
据国际商会统计，造假在全世界十分普遍，全球每年因为造假要损失近6500亿美元。而一种在普通光下不可见，在紫外线光下才可见的荧光油墨，可以被印成条形码或二维码，用在钞票、酒瓶、奢侈品提包以及昂贵化妆品上，消费者只需用智能手机扫一下码，就能立刻知道产品真伪。
3.超细材料
谷歌和三星等公司正在研发新型超细材料，用于设计一款能够适用在人眼表面的透明设备模型，这种设备可以不间断地检测糖尿病患者体内的血糖水平，为他们的身体健康保驾护航。
隐形材料的未来前景
美国加州大学的研究人员表示，目前这些高科技材料都还无法实现营利，因为它们都来自科研实验室，无法大规模工业化生产。“不过，对这一行业的未来，我还是很乐观的，我有预感，这些纳米材料未来将无处不在，营利也只是早晚的问题，只要想想过去的微电子革命就知道了。”
可以预见的是，未来隐形材料会被大规模地运用在军事领域中。隐形材料不仅可以为军用装置、车辆、武器提供隐藏策略，还可以让它们躲过不同的雷达探测系统。事实上，从20世纪80年代起，美国就研发出了隐形战斗机，并不断对其雷达、数据链和武器系统进行升级。与此同时，隶属于五角大楼的美国国防部高级研究计划局，也正在开发一种具备隐形、自我修复和击穿能力的防护盾。除了军事领域，隐形材料未来也将在生物医学领域和天文学领域大放异彩，因为它为实现精细化的光学操作提供了可能。
无论将来隐形材料被用于哪个领域，它都是为人们的需要而生。正如英国科幻小说家H.G.威尔斯在《隐形人》中所说的：“无论如何，真正重要的是科学进步对这个世界所造成的影响，以及给人们的生活方式带来的变化。”
（岐岐摘自《海外文摘》2019年第12期）