电磁超导材料的应用前景.docx

电磁超导材料的应用前景摘要：现在随着科技的发展，科学家们研究出一种电磁超导材料，它不同于自然界中的物质，自然界中的物质介电常数和磁导系数都是一定的值，而通过对电磁超导材料的研究，可以实现任意的介电常数和磁导系数，甚至可以为负，这就是左手材料。这项技术广受关注，也将会实现更多的应用，本论文将对其应用前景做一简要概述。关键字:电磁超导材料，左手物质，隐身以及隐身斗篷，模拟黑洞科技在进步，科学家们不断努力探索，现在出现了电磁超导材料，它给科学研究提供了方便，也为发明新的科技带来了可能，给军事带来了极大进步，而美国在这方面是非常进步的，从此也可以看出电磁超材料的应用前景非常广阔，这给科学家带来了新的机遇与挑战。自然界中的物质多种多样，但是每种物质都有特定的介电常数和磁导系数，有时并不能满足科学或实际的需要，而电磁超导材料的出现给这个问题提供了解决的办法；电磁超材料是一种非自然的人工合成的具有特殊性质的人工复合结构和材料，它的介电常数和磁导系数可以为负值，形成左手物质，从而具有一些特殊的性质，如负折射率，即折射的方向和普通介质不同相反，当然这只是一方面。电磁超导材料可以实现原子的任意排列，创造出自然界不存在的物质，从而实现某一方面的研究。通过是原子的任意排列可以实现自然界中其他物质所不具备的性质，可以实现对电磁波的控制，使其按照人们的意愿进行传播，从而实现一些功能。我们知道Daniel shechtman 曾经发现准晶体，准晶体具有材料硬度高，同时具有弹性，不宜损伤，使用寿命长的特性，然而metamaterial具有实现这些特性，调控更为广泛的属性，它可以提供全部的电磁特性，可以提高各向异性，然而这些属性的实现依赖于一定的理论基础。电磁超导材料最大的优势就在于可以自由的调控电磁波，其原因如下：具有严格的普适性理论，及光学变换方法/变换光学，具有准确的等效媒质理论，具有灵活的结构单元设计方法与实现方法。电磁超导材料有如此多的优秀性质，就可以实现许多功能，我认为最重要的就是隐身衣或者说隐身斗篷（invisibility cloak），这项研究至关重要也最吸引我，这项技术就是应用其对电磁波的自由调控，从而实现其隐身效果。隐身曾经在电影里出现过，当然人们这只是虚构的，然而电磁超导材料的合成为其提供了可能性，让这不仅出现在影视作品中，让他确确实实的出现在现实世界里，如同飞机的出现让人们实现了飞天的梦想，让它不仅是神仙的专利；其主要思想是是在想要实现隐身的物体周围覆盖上一层电磁超导材料，通过改变电磁波的方向，使他不通过物体而是绕过它，从而实现隐身，这项技术已经取得了一定的进展。这项技术的隐身于雷达的隐身不同，雷达隐身只是从外形上进行改进，尽量设计成流线型，从而实现对电磁波的少辐射，同时通过在表面涂特殊的物质也可以减少对电磁波反射，从而实现良好的隐身效果。在电磁超导材料的应用方面美国在这方面已经研制出一些应有，应用与国防，实现隐身效果，虽然没有完全实现，但已经可以使硕大的飞机看起来只有鸟大，这是极大地进步，而我们国家也已经在朝这方面发展。据崔教，授介绍，他们的团队已经实现二维地面隐身技术同时在三维技术方面也取得了巨大进步，其论文发表，这说明我们的技术也是一流的。在这方面的研究至关重要，尤其将其运用到国防上，可以实现隐身也可以实现对其发现。引用：A recently published theory has suggested that acloakofinvisibilityis in principle possible, at least over a narrow frequency band. We describe here the first practical realization of such acloak; in our demonstration, a copper cylinder was “hidden” inside acloakconstructed according to the previous theoretical prescription. Thecloakwas constructed with the use of artificially structured metamaterials, designed for operation over a band of microwave frequencies. Thecloakdecreased scattering from the hidden object while at the same time reducing its shadow, so that thecloakand object combined began to resemble empty space.最近出版的理论表明，隐身斗篷在原则上是可能的，至少在一个狭窄的频带。我们在这里描述的第一个实际实现这样一个幌子；在我们的演示，铜缸是“隐藏”的外衣内建造根据前人的理论配方。斗篷与建造使用人工结构材料，设计用于运行在波段的微波频率。外衣减少散射隐藏对象的同时减少了阴影，使斗篷和物体的结合开始类似于空的。（Science Metamaterial ElectromagneticCloakat Microwave Frequencies）The possibility ofcloaking an object from detection by electromagnetic waves has recently become a topic of considerable interest. The design of acloakuses transformation optics, in which a conformal coordinate transformation is applied to Maxwells equations to obtain a spatially distributed set of constitutive parameters that define thecloak. Here, we present an experimental realization of acloakdesign that conceals a perturbation on a flat conducting plane, under which an object can be hidden. To match the complex spatial distribution of the required constitutive parameters, we constructed a metamaterial consisting of thousands of elements, the geometry of each element determined by an automated design process. The ground-planecloakcan be realized with the use of nonresonant metamaterial elements, resulting in a structure having a broad operational bandwidth (covering the range of 13 to 16 gigahertz in our experiment) and exhibiting extremely low loss. Our experimental results indicate that this type ofcloakshould scale well toward optical wavelengths.隐形从检测物体的电磁波的可能性，最近已成为一个相当大的兴趣的话题。外套的设计采用光学变换，共形坐标变换应用于麦斯威尔方程获得的空间分布的参数定义的斗篷。在这里，我们提出一个斗篷设计隐藏在平坦的导电平面的扰动的实验实现，在其中一个对象可以被隐藏。匹配所需的参数的空间分布的复杂性，我们构建了一个包含数千个元素的超材料，自动化的设计过程的确定各元件的几何。接地平面的斗篷可以与非共振的超导材料元素的使用来实现的，导致在一个具有宽的工作带宽的结构（覆盖范围为13至16兆赫的在我们的实验中，表现出非常低的损耗）。（Broadband Ground-PlaneCloak SCIENCE）电磁超导材料还有另一方面的应用就是电磁黑洞；这一项研究不仅是我们东南大学甚至是国家的骄傲。它由我校崔铁军教授和陈强教授纳瑞马诺维和基尔迪谢维的理论应用为实践，建造了一个微波频率的“人造黑洞”。人造黑洞通过应用电磁超导材料改变电磁波的传播方向，应用电磁波在非均匀介质中的传播轨迹来类比物质在引力场下弯曲空间中的运动轨迹，并以此模拟黑洞的部分特性。他们的实验结果表明，电磁黑洞能够全向捕捉电磁波，引导电磁波螺旋式地行进，直至被黑洞吸收。在微波频段，黑洞对电磁波的吸收率可达到99%以上。我想这项技术的应用前景还是十分诱人的，对我们的意义也是极大的，通过这项研究可以来吸收并储存能量，尤其是对太阳能的应用变得更容易实现，这样可以减缓能源紧张，同时对环境也是一大好处。我想这项研究的普适性还有待发掘，未来可能以此为能量的主要来源。Using numerical simulations, we modeled the general relativistic magnetohydrodynamic behavior of a plasma flowing into a rapidly rotating black hole in a large-scale magnetic field. The results show that a torsional Alfvn wave is generated by the rotational dragging of space near the black hole. The wave transports energy along the magnetic field lines outward, causing the total energy of the plasma near the hole to decrease to negative values. When this negative energy plasma enters the horizon, the rotational energy of the black hole decreases. （science Extraction of Black Hole Rotational Energy by a Magnetic Field and the Formation of Relativistic JetsShinji Koide, Kazunari Shibata, Takahiro Kudoh, and David L. Meier电磁超导材料的应用还有就是视觉幻觉，这也是很神奇的一方面，通过应用电磁超导材料可以使人们看到的事物与实际的不一样，甚至相反，崔教授给我们举了个例子就是能够让女生的外形看上去和男生的相同；可以让一个苹果看起来像两个，这是得到实验证实的。其原理大体上是这样的：通过找到与所要变幻的物体介电常数和磁道系数相反的物质来覆盖本体抵消原来的物体，然后再加上所要产生的物象的物质以实现该作用。将来其应用还是非常重要的，其可以用到国防方面，制造一种让人产生幻觉的飞机或其他，来隐蔽敌人的侦查，当然它还可