超材料如何做到让你隐身？

为拓展超材料吸波体的吸收带宽，将具有不同尺寸大小的树枝状结构复合起来，通过谐振叠加拓展了超材料吸波体的吸收带宽，测试结果表明，反射率小于10%的频带为9.79 GHz~11.72 GHz。基于损耗频率选择表面的宽带超材料吸波体，其周期单元中的十字和分形方片结构间的耦合可以提高吸波体的吸收带宽，制得的4mm厚度宽带超材料吸波体样品吸波带宽可达到12GHz。将周期方片结构损耗频率选择表面与含有开口环谐振器的超材料基板相复合，使得该吸波体呈现两个相邻的吸收峰，因而拓展了吸收带宽且厚度较保将磁性吸波基板和损耗频率选择表面相复合可以拓展吸收带宽，有学者实验验证其反射率小于-10 dB的频段为3.6 GHz~18 GHz，且吸波体的密度仅为0.92 g/cm3。此外，将周期金属结构与损耗频率选择表面相复合，也可实现宽带吸收。

超材料透波隐身技术

由于超材料可实现与以前常规材料截然不同的折射，因此人们对隐身的研究注意力也从单纯的吸波研究扩展到了控制电磁波的绕射从而达到隐身的目的。电磁波的传播性质和传输介质的折射率密切相关，如果能人工调节介质的电磁参数，如介电常数或磁导率，则可以实现对电磁波传播的控制。然而，由于之前不存在负的折射率材料，无法使得介质的参数连续变化，达到完美控制的效果。超材料的出现则弥补了这一空白，它将隐身技术带入了一个新时代：用这种精心设计的材料包裹隐身目标，形成所谓的隐身套，可以控制电磁波的传输，实现从外部看来"不可见"的空间：既没有散射波的产生，也没有由于吸收而导致的电磁波"阴影"，从而实现完美隐身。由于超材料完美隐身的隐身机理是透波隐身，对材料的本构参数有着特殊的要求，只有利用超材料才能实现，所以称这种技术为超材料透波隐身技术，称实现这种隐身技术的结构为超材料隐身套（Metamaterial Clocks）。超材料透波隐身技术完全不同于传统吸波材料的电磁波吸收机理，是一种全新机制的隐身技术。

1.坐标变换理论

基于上述思想，美国的J. B. Pendy以及U. Leonhatdt指出，介电常数和磁导率按一定规律分布的超材料可以控制电磁波的行为，比如波线的曲直、电磁场能量的分布等。其中，Leonhardt提出的理论也称为"光学保角变换"，这样设计出来的转换介质将材料的各向异性特性进行了简化，从而只剩下非均匀性的性质。Pendry的理论则是基于Maxwell方程在伽利略变换下的坐标协变性得到的，这一理论迅速得到了学术界的广泛关注，大量的基于超材料的隐身研究正是以此为基础的。这一理论又称为"光学变换理论"或"坐标变换理论"。

简单讲，"坐标变换理论"（Coordinate Transformation Theory），就是从麦克斯韦方程的形式不变性出发，通过引入空间形变的概念，将电磁波波线的弯曲与空间形变等效起来，从而在材料的本构参数和空间形变之间建立一种对应关系。通过这种对应关系，在设计变换光学器件时，只要已知器件对波线的变换效果，就可以在数学上建立原有波线的位置坐标与变换后波线的位置坐标之间的映射，进而通过坐标变换方法求得器件的材料参数。

2.隐身斗篷

超材料隐身斗篷是这样一种装置：探测波（光波、电磁波或机械波）从外界进入其内部时，将绕过其所覆盖的物体继续沿入射方向传播，没有任何反射与损耗，就像其内部的物体根本不存在一样，从而实现了物体的完美隐身。超材料隐身斗篷之所以受到广泛关注在于其不同于以往隐身技术的独特的隐身机理。传统隐身技术采取外形或吸波的手段将入射至目标的探测波吸收或反射至其他方向，虽然入射波的后向反射被控制的很小，但通过多传感器仍可感知倒入射波传播方向及强度的变化从而探测到目标存在。对于超材料隐身斗篷，波从任何方向照射都将无损耗地沿原方向传播，是真正意义上的完美隐身。若将隐身斗篷技术应用至雷达对抗或声呐对抗领域，可使军事目标的抗感知能力极大提高。

世界上首个超材料隐身斗篷验证实验由美国杜克大学的Smith等人完成。他们通过将包围着超材料隐身斗篷的金属铜柱放置于两平行金属板中间，从一端导入电磁波并测量金属板内部空间各点的电磁场分布，验证了所设计的工作频率为8.5 GHz的超材料隐身斗篷能够引导电磁波并有效减小铜柱的散射场。

 2013年杜克大学的卡默尔教授获得了美国海军一份为期五年的项目合同，旨在制备能够产生、接收及控制声波的设备。今年发明的三维"声学斗篷"就是该项目资助的成果。该斗篷由一些具有重复排列小孔的塑料板组成，在频率为3kHz的声波下进行测试，表现