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重构“砖头”攻关“水下无线充电”
2018年06月20日 11:13   来源:文汇报  

  “我国超材料科研水平已位列全球第一梯队。”日前在上海海事大学举行的第一届“中国超材料”高层论坛上,中国工程院院士、清华大学教授周济指出,随着超材料功能的拓展,一些新的超材料将涉及力学、数学、生物学等基础领域。利用全新的材料构造方法,包括通信、医疗、航空、军工等行业都将实现更多突破。

  研究透“人工原子”,也许能创造全新的世界

  无线充电看似是一个小问题,却困扰着全球的大科学家们。由于该项技术的缺失,在海里,水下机器人不得不携带着笨重的蓄电池,在电量用完前必须回到岸上插上插头。

  “无线充电技术是通过线圈之间产生的磁场来传输电能,但磁场能量只在极小范围内存在。”本次论坛执行主席、上海海事大学海洋科学与工程学院副院长范润华教授说,目前的无线充电技术只能将磁场能量传输到20厘米的距离内。要有所突破,须在材料方面寻找途径。

  其实,不仅是无线充电,随着科技的发展,传统材料的性能越来越趋近于自然极限。因此,探索突破常规功能材料自然极限的新途径已成为材料科学发展中迫在眉睫的问题。

  超材料,也许正是答案的来源。如果在充电器的关键部位能够有一种材料类似“扩音器”,那么磁场的能量就能扩大了。

  “通过人工方法,重构决定物质性质的基本单元结构获得我们所期待的性质,这就是超材料。”范润华说。如果把原子比作“沙子”,那么“人工原子”就像“砖头”,通过对“砖头”结构的重新排列组合,可以建造出具有新功能的“房子”,而且完全是“按需定制”。

  据悉,目前国际科学界已探究到电磁调控、光调控等功能可通过超材料实现。这一技术也被美国国防部列为“六大颠覆性技术领域”之一。

  “跨界”融合,或可率先实现局部应用

  在上海海事大学,超材料对于船舶与海洋工程的应用研究已经开展。以水下无线充电为例,研究证明:将超材料用于水下无线充电装备,可显著提高电磁对传输效率和传输距离。

  “未来两三年,或许可实现应用。”范润华说,一旦水下无线充电成为可能,将极大提高水下机器人等装备的灵活性、机动性和续航能力。

  周济表示,超材料是一个新兴交叉学科,由于其具有“按需定制”的特性,这使得材料设计的自由度大幅度提升,而问题的关键是要能利用多学科知识,设计出超越自然材料的新型材料。尤其在军事、民用等领域,人们甚至已经开始研制令物体无法被看见的“隐形斗篷”。

  与美、日等同样处于超材料第一梯队的国家相比,目前我国对于超材料的研究较关注应用层面,原创性的基础研究有待于进一步加强。对此,周济认为,超材料作为新兴学科,从基础理论到应用,有很多路径,但目前相关的工程化应用还处于初期阶段。“如同每一个新兴学科的发展,它的工程应用和产业价值的展现,需要长期的大量关注和投入,从最初的原理到一项技术,到实验室的样品,到上市产品,再形成产业,是一个非常漫长的过程。”周济说。(文汇报实习生 金婉霞 记者 樊丽萍)

注:请在转载文章内容时务必注明出处!   编辑:王丹沁

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