新型材料，助力未来六代机隐身技术大跨越

高隐身性，是未来第六代战机的一项重要指标。未来第六代战机，大概率会采用无尾式布局，这有利于减少其雷达反射截面积，提高隐身性能，但这还远远不够，而隐身材料，无疑也是未来提升战机隐身能力的一个重要方向。

高隐身性，是未来第六代战机的一项重要指标

超材料，未来战机新材料

战斗机的隐身，不是说肉眼看不见，而是根据电磁波的规律，针对雷达的工作原理，设计出的具有吸收雷达波的材料，或者设计出消除镜面反射和角反射的外形，以此来实现在雷达屏幕上消失的技术。目前世界上的隐身飞机，F-22、F-35都是如此。以当今五代机实现隐身所使用的材料来看，主要还是使用隐身涂料材料。在这方面，美国无疑是佼佼者。然而，各国现有的五代机，它们在实现隐身方面下的功夫及其所能达到的效能并非无懈可击，传统的米波雷达，就是针对隐身飞的克星。

六代机使用什么材料，如何选择，当然与其是否具备良好的隐身特性息息相关，就目前的技术探索而言，已经有一些新技术成果问世，譬如“超材料”就比较典型，相比F-22这些五代机使用的材料，超材料是一种更新、更强大的隐身技术，有望实现真正的雷达隐身。

所谓超材料，即新型人工媒质，是21世纪学术圈出现的一个新学术名称，用于描述由两种或两种以上的自然媒质结构单元按照特定的规则组合而成的具有亚波长微纳结构的人工复合材料，其电磁响应不仅取决于组成媒质的固有属性，而且还由其微纳结构的形状、尺寸、排列、组合方式等决定。通过有序而合理的设计超材料在其结构上的关键物理尺寸，可以实现对电磁波的任意裁减和对某些自然规律的突破，从而获得自然界固有的普通煤质所不具备的超常功能，如负折射、逆多普勒效应、超分辨率成像，进而实现定制化电磁功能的需求。通过对超材料的研究，总结出其最重要的三个特征：

相比F-22这些五代机使用的材料，超材料是一种更新、更强大的隐身技术，有望实现真正的雷达隐身

第一，超材料是由人工亚波长微纳结构排列组成的复合材料，其谐振单元的尺寸远小于它的工作波长，使得整体满足等效媒质理论，在宏观上可以等效成均匀媒质；

第二，超材料具有某些自然材料不具备的超常电磁特性，如负介电常数、负磁导率、负折射率、负光压、逆切伦科夫辐射效应；

第三，超材料的超常特性不仅决定于形成材料的物质的本征性质，还决定于其中的电磁谐振器的微纳结构、尺寸、排列组合方式等。

作为具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料，截止目前而言，超材料已经发展出的“超材料”，包括“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等。其中，“左手材料”是近年来世界范围内最受关注的超材料类型。“左手材料”可以在一定的频段下同时具有负的磁导率和负的介电常数，即可以对电磁波的传播形成“负的折射率”，这意味着什么呢？负的折射率，意味着该隐身材料不会让电磁波反射，但也不是让电磁波吸收，“负的折射率”可以引导被物体阻挡的电磁波绕着走，从而实现完美隐身。有此奇特的功能，这种材料制作而成的隐身蒙皮将可以使未来的六代机超越F-22，实现完全的隐身，令反隐身雷达彻底无计可施。

实际上，随着研究日益深入，人们逐渐认识到单纯的左手材料已经无法满足某些应用需求，如折射率渐变透镜、透波隐身技术等。目前所讲的超材料概念所包含的内容非常广泛，可以看作是21世纪对新型人工媒质一种表述。超材料不仅包括介电常数和磁导率同时为负的材料，也包括介电常数或磁导率单独为负或介于0到1之间的特殊材料，甚至包括、声子晶体、光子晶体、高阻抗表面、超磁性材料、金属水、气凝胶等其他人工电磁结构。超材料不仅仅是一种材料形态，更代表着一种全新的材料设计理念，即逆向设计思维，需要什么样的响应，设计相应的微纳结构。

因此，其在卫星通信、电磁传播及探测、生化检测、功能器件及材料及器件等领域有着广阔的应用前景。美国国防部部长办公室把超材料列为“六大颠覆性基础研究领域”之一；美国空军科学研究办公室把超材料列入“十大关键领域”之一；美国国防部先进研究项目局把超材料定义为“强力推进增长领域”。超材料技术使美国海、陆、空军装备被雷达发现和锁定的概率大幅下降，获得压倒性的不对称战略优势。

目前，超材料包括“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等

超材料的研究虽然仅有十余年的时间，但已经极大地丰富了新颖材料的设计理念，未来发展在立足现有的研究成果基础上寻求理论上的突破和结构上的重大创新。目前，超材料在电磁隐身、变换光学等方面已取得丰硕的研究成果，但自适应超材料、量子超材料等还处于萌芽阶段。未来，超材料朝着宽频、可调、低损、超薄、各向同性的方向健康快速发展。总之，超材料未来的发展离不开工艺精度的提高，结构设计的优化、新材料的挖掘，其奇异电磁响应特性在新型功能电磁器件中有着巨大的应用潜力和想象空间。

我国在超材料领域，不输国外

相比于不少国家相对分散的发展模式，中国在超材料领域的发展模式则更加聚焦和有力。我国已分别在863计划、973计划、国家自然科学基金、新材料重大专项等项目中对超材料研究予以立项支持。在电磁黑洞、超材料隐身技术介质基超材料以及声波负折射等基础研究方面，我国企业取得了多项原创性成果，并在世界超材料产业化竞争中占到先机。曾在美国留学并在《科学》杂志发表关于新型超材料宽频带隐身衣论文的刘若鹏无疑是其中代表。

2010年，以刘若鹏博士为首的5位留学生团队回国创办了深圳光启。经过几年发展，该公司已在世界范围内申请超过2800件专利，约占相关领域专利申请总量的86%，该公司还在创建基于超材料的智慧社区、无线互联、航空航天等领域的产业化方面走在世界前列，如其全球首条超材料微结构精试线，设备定制化程度高达70%，可实现高达2微米的工艺精度。他们还设计了超材料生产标准化流程。

2018年3月5日，中央电视台播出的《大国重器》节目第八集首次披露，中国在全世界首次完成超材料量产

以其设计的电磁超材料天线为例，运用一块可折叠为笔记本大小的电路板，飞机、火车、轮船、汽车就能在移动网络鞭长莫及的偏远地方连接卫星宽带上网。不管卫星在天空中的哪个地方，该天线都能追踪到，不必像传统的碟形天线一样总朝一个方向盯着一颗卫星。

此外，为了打破欧美对超材料技术标准的垄断，我国电磁超材料技术及制品标准化技术委员会已经审查和报批了国家标准《电磁超材料术语》。这意味着，我国在全球率先制定出超材料领域的国家标准，将对我国在超材料技术的研究和标准转化起到重要作用，也将对我国六代机研究起到重要的促进作用。