3D打印超材料，未來幫你制作隱身衣

人們對于3D打印材料的探索和研究真的是在不斷的擴充和深入，材料種類越多，3D打印可以應(yīng)用的領(lǐng)域就越廣，如今國外專家首次提出3D打印超材料可以用于隱身衣的制作，讓南極熊小編為之震驚。

想擁有一件哈利·波特小說中的隱身斗篷么，科學(xué)家說沒問題。在昨天上海科協(xié)大講壇舉辦的“3D打印與超材料智造”上，美國亞利桑那大學(xué)電氣與計算機工程系辛皓教授表示，可以通過人為控制電磁波折射率的手段，讓衣服“隱形”?！拔蚁嘈庞猩昴軌蜃龀鲞@樣的衣服。”辛皓說。今年的他正當(dāng)年富力強，不久前他的團隊更是取得了一項突破——第一次從理論上解決了制作隱形衣材料的損耗和增益問題。

　　負折射讓隱身不再是科幻

　　想象一根稻草插在一杯水里，在正常折射率條件下，你觀察到的水下面的稻草會彎曲，如果這杯水具有負折射的特性，你看到的稻草就會消失不見，這一原理是制作隱身衣的基礎(chǔ)。辛皓說：“理論上說，能夠認為設(shè)計任何折射率的材料，當(dāng)人穿上能夠彎曲他們周圍光的衣服后，身體的一部分自然就隱形了?！?br />
　　辛皓一直在從事超材料制造方面的研究。所謂超材料，就是擁有自然界并不存在的性能的合成材料，比如彎曲電磁波、聲波和其他類型的波等。與其合作者一起，辛皓發(fā)現(xiàn)了一種使用金屬、塑料和其他物質(zhì)3D打印超材料的方法，使用這種方法打印出來的超材料具有奇特的“負折射”的特性，也就是說這種材料可以讓光波倒退。

　　辛皓表示，這種超材料比較類似于多孔保齡球和微小銅線電路板，當(dāng)它們以非常精細的幾何結(jié)構(gòu)組裝時，就會出現(xiàn)負折射現(xiàn)象，導(dǎo)致周邊能量波出現(xiàn)非自然彎曲，從宏觀上看，這就是人們常說的隱形、幻覺等。

　　解決材料的損耗問題

　　其實，彎曲光線的理論已經(jīng)提出很多年，但為何隱身衣還只是存在于科幻或玄幻小說中？辛皓說，就目前的技術(shù)條件來說，仍然有一部分光不可避免出現(xiàn)反射，這意味著對象還無法做到完全隱身。

　　“有時候穿著隱身衣反而會更加突出，比如你會看到黑乎乎的一塊，這有可能是由于人為設(shè)計的、符合紅光的折射率不適合藍光所致?！毙琉┱f。

　　想要人人都買得起隱身衣，還要解決的一個大問題是成本?，F(xiàn)在，當(dāng)光波通過超材料后，材料會出現(xiàn)衰減，也就是說如果新買的衣服穿幾天后就不管用，誰還會掏錢買？這成了超材料面臨的最大問題。

　　辛皓團隊設(shè)想了一種補償機制，將給電池供電的隧道二極管以及微納米制造技術(shù)融入設(shè)計中，當(dāng)光通過材料時，通過微波強化產(chǎn)生能量增益，簡單來說就是一邊充電、一邊放電。目前，這種自帶能源供給的超材料已經(jīng)通過理論上的驗證。

　　這一成果一經(jīng)發(fā)表，就引起廣泛關(guān)注，不難想象，如果能解決超材料的“能量困境”，就能為人類社會帶來許多新突破。比如將隱形衣“披”在飛機上，那么無論視覺還是雷達都無法發(fā)現(xiàn)它的存在；如果用于顯微鏡上，那么將突破光學(xué)的衍射極限，人們可以看到最微小、最精確的細節(jié)，比如單個蛋白質(zhì)和病毒。

　　除了隱身，超材料還將帶給人類社會翻天覆地的變化，比如彎曲水波或地震波。據(jù)悉，基于這一理論，法國正在研制一種地震波超材料來保護他們的醫(yī)院、核電站等重要設(shè)施，當(dāng)?shù)卣鸩ㄅc材料“相遇”時會自動“繞行”，保護重要設(shè)施不受損害。

　　3D打印將顛覆設(shè)計思維

　　辛皓相信，隱身衣一定能夠制作出來，而制作的方式，很可能是3D打印?！?D打印與超材料是完美搭配?！彼f。

　　為何3D打印如此受到新材料制造者的追捧？辛皓指出，任何一個物體都可以看成是空間分布的各種性質(zhì)，如果我們在三維空間中的任意一點都能夠任意放上我們需要的介質(zhì)，理論上就能制造出完全貼合我們需求的產(chǎn)品。在美國，3D打印已經(jīng)引起一場制造界的地震，不過在中國，辛皓認為人們對3D打印的本質(zhì)理解得還不夠透徹。

　　“為什么我們一直使用電路板，因為二維東西最容易設(shè)計，我們現(xiàn)處的電子世界就是從二維的電路板慢慢發(fā)展起來的?！毙琉┱f，“不過既然掌握了三維手段，我們?yōu)楹尾荒茉谥圃鞎r直接從3D開始？”他舉例說，比如在人骨中添加一塊通訊材料，以便讓人體與設(shè)備保持關(guān)聯(lián)；又或者讓飛機翅膀本身成為一根天線，有3D打印幫助，這些“異想”并不遙遠。

　　超材料和3D打印會永遠改變?nèi)藗兊纳?，要實現(xiàn)它，我們還需更多顛覆性思維。