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前沿新材料

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未来战争取胜关键在于“新材料”

导读: 为了在战场上取得优势,现代军事系统变得越来越复杂,新型的先进材料不断被开发出来,用于小型化、超耐久的柔性电子产品。这些先进的材料包括潜在的自愈材料、先进复合材料、功能陶瓷以及对电磁干扰作出反应的网络保护材料等。

为了在战场上取得优势,现代军事系统变得越来越复杂,新型的先进材料不断被开发出来,用于小型化、超耐久的柔性电子产品。这些先进的材料包括潜在的自愈材料、先进复合材料、功能陶瓷以及对电磁干扰作出反应的网络保护材料等。

新一代先进材料,如超材料、石墨烯和碳纳米管等,因其拥有天然材料所不具备的超常物理性能而适用于一系列作战任务或极端环境,已经引起了军方相当大的兴趣和投资。

军事专家预计,这些材料将产生颠覆性技术,不可逆转地改变战场和未来战争的性质。

超材料

超材料指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。典型的超材料有“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”、“金属水”。

1.超材料天线

超材料由亚波长的微结构组成,它们的结构比它们要操作的辐射波短,这些微结构可以由非磁性金属(如铜)制成,并蚀刻在玻璃纤维电路板型衬底上。

超材料的负折射率可令超材料天线接收不同频率的电流信息。mTenna超材料天线可自动校准,在飞行中调整对电磁波的接收,其制造工艺类似于液晶显示器或智能手机玻璃屏幕,体积很小。mTenna超材料天线研发成本低,功耗小,便于携带。

2.超材料雷达

在雷达领域,通过将金属微结构印制在柔性基底上制造超材料薄膜,利用超材料的频率选择和负折射率特性,制造隐形涂层,实现射频隐身,提高雷达战场生存能力。

同时,通过对线路施加不同电压可以主动控制波束,根据不同环境对波束进行不同调制,提高探测距离、分辨能力,并规避周围信号干扰,提高雷达作战效能。

仿生技术

仿生学是近年来发展起来的工程技术与生物科学相结合的交叉学科,人们研究生物体的结构与功能工作的原理,并根据这些原理发明出新的设备、工具和科技。

1.仿海洋生物水下航行器

美国海军水下战中心正在测试一种探雷无人水下航行器,该航行器采用仿生学原理,模仿海洋生物。航行器长3米,动力系统由四个高升力鳍状箔片和两个后螺旋桨推进器组成,拍打推进行为模仿海龟,使航行器可以在低速中具有良好的操控性和灵活性,可自主改变行进高度和角度,重新定位并围绕目标移动,捕捉目标的三维图像。

此前,美国海军作战部长快速创新单位(CRIC)也曾开发一款外形很像鱼的无人航行器,称之为“机器鱼”。“机器鱼”长约1.2米,没有螺旋桨,也没有喷水推进器,而是像鱼类一样摆动尾巴前进。由于采用摆动尾巴的方式前进,因此可保持静音性和较高的推进效率。“机器鱼”可携带声学传感器和水下摄像机,可执行水下探雷任务,或长期监视舰船、港口和潜艇。在电量充足的情况下,“机器鱼”可在水下游弋数天或数周,并可融入当地的海洋生物环境。

2.“敏捷游泳者”

美国海军研究办公室正在资助一个原型“敏捷游泳者”两栖自主水下航行器项目。航行器依据仿生学原理,两侧“长”有一对波浪形飘带,类似鱼类的鳍,能为机器人的前进、转向提供动力。同时,航行器也参考了蛇的运动方式,能在草地、雪地、冰面等不同地面环境上安全穿行,因此无论在水中或是陆地上,航行器都能通过控制飘带进行波浪形运动提供前进动力。

石墨烯

石墨烯是已知最薄、最坚硬的纳米材料,它几乎完全透明,质轻且柔韧,导电导热性强,在微电子、光电子和新材料等高技术军事领域有巨大的应用潜能。

1.夜视眼镜

将石墨烯夹入镜片之间,做成一种能捕捉可见光和红外线的传感器。镜片可做成比手指甲更小,结合于隐形眼镜中,未来可用于士兵获得夜视能力。

2.装甲系统

将石墨烯与其他轻质高强材料复合,有望获得高性能轻型装甲系统。

3.隐身防护

石墨烯还可用于隐身防护领域。美国加州大学制造了石墨烯基红外隐身涂层,能通过改变反射光的波长来实现红外隐身。(太平洋网)

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