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多年艰苦攻关，隐身超材料领域我国大有作为？

文章来源：贤集网更新时间：2022-12-13 16:41:43

隐身技术按应对的探测手段可分为可见光隐身、雷达隐身、红外隐身、激光隐身、声隐身等。雷达隐身是隐身领域最主要的需求，采用的技术手段包括外形隐身技术和材料隐身技术等；红外隐身是第二大隐身需求，采用的技术包括控制物体表面的发射率、控制物体表面温度等。

电磁超材料是目前隐身材料发展的最新方向。超材料是一类具有自然界材料所不具备的超常物理性质的等效均匀人工复合结构和复合材料，超材料在军工领域的成熟应用主要集中在吸波性能、隐身性能及天线通信性能方面。

一、超材料，高隐身性

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：

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。

二、竞争格局：产业壁垒较高

2.1 国内竞争格局：市场尚处早期阶段，主要玩家分占细分领域

由于对技术、原料及军品资质要求较高，国内隐身材料市场尚处于早期阶段。当前仅有华秦科技、佳驰科技和光启技术实现了批产放量，因此占据了绝大部分的市场份额，而新劲刚的隐身产品则尚处于验证阶段，未实现放量。其中华秦科技于 22 年上市，佳驰科技正在冲击上市，光启上市较早，17 年开始整合超材料隐身业务。同时以华秦科技为例，公司于 1996 年便开始了隐身材料的相关研究，直到 2016 年才初步实现了产业化， 2019 年实现批产放量，可见该行业技术壁垒之高。若暂时不考虑较低端的伪装市场以及较小的声学隐身材料市场，该领域主要企业包括华秦科技、佳驰科技、光启技术，其他为新劲刚等公司。

由于天然隐身材料的材料壁垒主要在于吸波剂或者填料的配方，这些配方往往需要多年的实验才可以确定，行业壁垒较高，而超材料方面技术原理则和天然材料完全相反，对于市场的潜在新厂商来说，需要前期巨大的研发投入和早期便进入相应的型号预研。

2.2 国外竞争格局：产品标准化程度较高，军民融合成效显著

对比全球，我国当前的隐身技术已步入世界先进水平，但由于海外发达国家如美国、英国等隐身技术起步较早、因此市场相对成熟，企业较多，代表企业如莱尔德（杜邦子公司）、Intermat defense、Hyper stealth technologies Pvt. Ltd、Micromag、MAST Technologies、MWT Materials 及 ARC 技术（赫氏子公司）。其中莱尔德的产品主要应用于通讯设备和雷达隐身，产品广泛应用在 F-22、F-35、“爱国者”导弹、“长弓”阿帕奇直升机等各类武器装备上；爱默生康明微波主要用于军标测试暗室和信息安全屏蔽室；ARC 技术则应用于航天航空装备，如 F-35、阵风战斗机、UH-60M 黑鹰等。国外隐身市场的特点是产品标准化，往往一款隐身产品能适用于多个型号飞机，定制化程度相比国内较低，市场集中度不如中国，由于涉及国家较多，因此隐身材料的企业也遍布全球。具体到公司来看，业务军民融合较为普遍，民用商品往往能占到公司业务较大比重，以莱尔德为例，2017 年其民品业务占比超过了 60%。

三、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。

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