超材料:为装备穿上“隐身衣”

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发布时间:2017-11-02 19:11

  来自科技部的消息称,我国超材料及其相关器件关键技术研发日前取得新进展,863新材料技术领域办公室在北京组织专家,对“超材料及其相关器件关键技术研发”主题项目进行了验收。

  项目首席专家、光启技术总经理赵治亚表示,此次863计划超材料项目通过验收,标志着我国超材料研究的理论水平和技术支撑水平都有了大幅提升。作为新时代我国材料领域科技创新的切入点与着力点之一,超材料是进一步推动我国材料科技突破和产业化发展的重要领域。在国防军工领域率先应用与军民融合的大背景下,超材料将迎来产业发展新契机。

  “按需定制”新材料

  超材料又名超颖材料,是指通过人工结构实现的、具有天然材料所不具备的超常性质的材料系统,是新材料领域重要的发展方向之一,通过对材料结构的创新设计,可广泛应用于无线通信、航天航空、新能源利用、生物医疗等众多领域。

  根据相关国家标准《电磁超材料术语》,超材料是一种特种复合材料或结构,其通过对材料关键物理尺寸上进行有序结构设计,获得常规材料所不具备的超常物理性质。“通俗地讲,以往的创新是根据自然界有什么材料,制作什么样的物品。超材料则是逆向思维,根据不同的应用需求,制造具备特定性能的材料,真正做到‘按需定制’。比如要求材料具有电磁波隐身功能,可以通过设计算法,重新排布微结构单元,改变它的电磁传播性质,为它穿上‘隐身衣’。”光启集团电磁设计部部长商院芳说。

  “十二五”期间,863计划新材料技术领域办公室支持了“超材料及其相关器件关键技术研发”主题项目,项目的牵头单位为光启集团旗下的深圳光启高等理工研究院,研发项目课题为“超材料空间调制技术研究与产业化”。

  该项目围绕总体目标开展了系统研究工作,突破了介质基超材料及器件的关键制备、基于超材料的天线小型化、平板型微波透镜天线等技术,实现了超材料空间调制技术在数字微波天馈等系统中的应用,解决了关键技术障碍。通过项目组织实施,建成了一条超材料生产精试线,为超材料创新技术发展提供了量产验证基地和工艺验证基地。项目的实施提升了超材料及其相关器件研发与应用的理论水平和技术支撑水平,整合了国内超材料研究的优势力量,培养了一批超材料领域的科研团队,形成了超材料设计、研发、制造和测试平台。

  为进一步推动我国材料领域科技创新和产业化发展,科技部制定了《“十三五”材料领域科技创新专项规划》。在基础材料产业结构调整与产业升级方面,大力推进钢铁、有色、石化等传统(基础)材料技术提升,满足国家建设需求、实现节能减排;在新材料技术发展方面,重点发展战略性电子材料、先进结构与复合材料、新型功能与智能材料,满足战略性新兴产业的发展需求;发展前瞻性材料技术,突破纳米材料技术、材料基因工程技术,形成新的技术和经济增长点;加强材料基地与人才队伍建设,增强材料领域的持续创新能力。

  超材料技术加速应用

  超材料是当前国际上应用于现代高端装备领域最热门的新兴技术之一。超材料的发展已成为国际军事竞争的重要一环。远望智库高级研究员安士东认为,作为国际战略前沿技术,超材料的应用将大幅提升军事装备的隐身性能,减少维护费用与难度,增强对抗能力。国际上,美国国防部将超材料列为“六大颠覆性基础研究领域”之一,美国军方将超材料率先应用于最先进的军事装备;日本和俄罗斯将超材料列为下一代隐身装备的核心关键技术。

  “一代材料,一代装备”、“装备发展,材料先行”。过去,受制于材料科学的落后和国际封锁,我国装备制造难以进入高端,成本上也始终难于控制。近年来我国以先进能源材料、高性能膜材料、功能陶瓷、稀土功能材料等战略新材料为纽带,围绕装备发展需要,重点突破智能仿生材料、极端环境材料和超导材料等前沿材料领域,抢占前沿装备材料的制高点,率先推进超材料的产业化。

  在超材料交叉学科及其应用上,以光启集团为代表的国内企业和机构做了诸多探索。成立7年来,光启集团的专利申请总量超过4400件,其中超材料领域专利申请量占该领域专利申请总量的86%。《电磁超材料术语》为光启集团牵头起草,去年10月1日起实施,作为全球首份超材料领域国家标准,打破了欧美对前沿科技的技术和标准垄断。

  2012年7月光启超材料中试线投产,目前已具备每年生产超过10万平米超材料的产能;2015年3月光启超材料中试线二期投入使用;2015年12月国家科技部依托光启高等理工研究院建设的超材料电磁调制技术国家重点实验室通过验收,成为我国唯一超材料技术的国家重点实验室。

  以超材料技术为基础,目前光启集团尖端装备业务已形成超材料功能结构件、超材料电磁罩、超材料天线及优化组件三大产品体系,相关产品已在我国多型军用飞机、海军装备、导弹、反隐身雷达系统等核心高端装备上逐步得以应用。此外,光启集团尖端装备业务也积极向电磁防护应用领域延伸。2011年,光启尖端成立,至今已承接国防军工项目超过40个,参与评估攻关难题100余项,其中涉及多项国防重点型号装备。同时,光启集团、中航工业等单位联合开展了武器装备预先研究课题的论证与合作,正大力推进将超材料技术运用到新一代武器装备的论证研究,深入探索军民融合发展之路。

  军民融合带来广阔前景

  今年3月,英国咨询公司Report Buyer在研究报告中指出,到2022年全球超材料市场规模将超过14.3亿美元;美国咨询机构MarketsandMarkets预测,从2017年至2025年超材料市场的复合年增长率将达63.1%。由于早期的科研基础和政府支持,美国是目前全球最大的超材料市场。但报告同时指出,超材料在中国、巴西等新兴经济体有着巨大的市场潜力。

  经过多年发展,超材料在各种极端环境进行测试,完成了技术化、工程化到产品化的过程后,实现了从科学实验到高尖端装备的应用,也具备了可在装备硬件上普及的可能性。赵治亚认为,军民融合成为新经济发展的重要契机,许多大型国家级工程中应用的新技术和新产品,将有机会转化成契合民用市场需求的产品,成为拉动经济发展的新引擎。在国防军工领域已经有应用的超材料,也迎来了同样的产业发展机遇。

  北京军事科学院军制研究部研究员栾大龙认为,作为“国家与国家之间的技术战略较量”的重要领域,超材料无论在国防军工领域还是军民融合领域,都将大有可为。由科技与资本双轮驱动,带动成熟稳定的军用技术转入民用,可为经济社会发展提供强大的推动力。

  在光启集团,超材料已经迎来产业化的重要节点。今年初光启集团超材料团队进驻光启技术,并将募集到位的68.94亿元资金,主要用于超材料智能结构及装备产业化项目。主要产品包括地面行进装备超材料智能结构和可穿戴式超材料智能结构,光启技术将通过募投项目的实施,率先实现超材料智能结构及装备产业化。

  今年9月,光启集团还与雄安新区开展全面合作,成立雄安光启军民融合创新中心,推动形成全要素、多领域、高效益的军民融合深度发展格局;并规划成立超材料前沿技术研究院,建成以复合超材料智能结构为特色,以电磁功能、力学功能、射频功能、耐环境功能等为方向,集研发、设计、应用、服务于一体的综合研发机构。

  风靡世界的魔幻电影中,哈里·波特批上隐形斗篷瞬间遁形,如今超材料正在让这一酷炫幻象成为现实。超材料的技术与应用有着巨大的想象空间,未来或将颠覆与重构人们的生产生活。

  

  图为光启集团超材料生产线。本报记者 喻剑摄

  

  雄安光启军民融合创新中心。本报记者 喻剑摄

  

  光启研发的桅杆隐身天线罩。本报记者 喻剑摄

  

  光启研发的智慧城市空间信息平台“云端号”模型。本报记者 喻剑摄

  

  光启研发的声隐超材料。本报记者 喻剑摄

  

  光启研发的智慧城市空间信息平台“云端”号在东莞完成全球商用首飞。本报记者 喻剑摄

  

  光启研发的超材料隐身进气腔体。本报记者 喻剑摄

  

  光启研发的超材料隐身格栅。本报记者 喻剑摄

  

  光启研发的超材料高性能天线罩。本报记者 喻剑摄

  (责编:李丹丹)

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