我的位置: 天下 > 总部报告 > 文章详情
光启实验室参观|神秘的超材料是这样制造出来的
分享至:
 (8)
 (1)
 收藏
来源:上观新闻 作者:马海邻 2016-10-25 07:36
摘要:光启在全球超材料领域的专利代表中国具有绝对优势,申请量占该领域专利总量的86%。

前几天深圳的双创周上,李克强总理来到光启集团的展位,光启集团总裁刘若鹏向总理介绍了超材料技术。

 

刘若鹏告诉总理,光启由5位杜克大学、牛津大学博士归国创业成立,6年时间已经成长为遍布全球5大洲、18个国家与地区,总人数2600人的国际化创新组织,如今已经掌握了源头创新技术,形成了颠覆式技术群及创新产品群。光启的源头创新技术,即超材料技术,在该领域有着绝对的优势,参与了多个重点项目。目前,光启的专利申请总量超过3600件,其中,在全球超材料领域的专利代表中国具有绝对优势,申请量占该领域专利总量的86%。

 

之后刘若鹏透露,“总理对超材料技术的科学研究很感兴趣,问了超材料技术的基础材料是什么、英文名是什么以及超材料技术原理等问题,还问起了光启创始团队在《科学》杂志所发表的超材料技术论文”。

 

解放日报·上观新闻记者参观了光启在深圳坂田的超材料基地,亲眼目睹了看上去像一张“纸”的超材料板,从全球首条生产线上“印刷”出来的过程,也与工程师们作了一番交流。虽然是外行,看看问问好歹也了解了点门道,颇感我国的尖端科研相当有料。

 

那么,跟着总理提出问题,超材料是什么?

 

超材料(英文为metamaterials)是一种特种复合材料或结构,通过对材料关键物理尺寸上进行有序结构设计,使其获得常规材料所不具备的超常物理性质,电磁超材料(electromagnetic metamaterials)是具有超常电磁特性的超材料。目前超材料技术研究作为独立学科已经上升至国家战略。2016年3月,十三五规划纲要提出要大力发展形状记忆合金、自修复材料等智能材料,石墨烯、超材料等纳米功能材料。而在国际上,超材料技术也一直备受重视,并被《科学》杂志列入本世纪前十年的10项重要科学进展之一,被美国国防部列为重点关注的六大颠覆性基础研究领域之一。

 

10月1日,光启领衔起草的超材料领域国家标准《电磁超材料术语》正式实施,这是全球第一份超材料领域的国家标准,打破了欧美对前沿科技的技术和标准垄断,将对我国超材料技术与行业发展提供科学准确的技术支持,也将给国际超材料领域的研究提供参考。

 

记者在坂田基地看到的超材料产品,金属和非金属材质都有。

 

坂田超材料基地位于深圳市龙岗区坂田,占地5000余平方米,这里有全球首条超材料中试生产线,光启相关业务部门的研发实验基地也在这里。

 

超材料生产线。

 

这条全球首条超材料中试线,是2012年7月13日正式投产的,实现了超材料技术规模化生产的制备,目前已经平稳运行4年,具有年产10万平方米以上超材料板的生产能力。

 

看上去跟一般工厂的流水线没有太大的区别,然而,超材料生产的难点在于大规模微结构的制造和精度控制,以及超材料微结构对于产品设计和生产工艺的特殊要求。这一整套生产线包括了高精度激光加工设备、超精密微结构加工设备、高精准外型加工设备、高精度数控铣CNC、钻铣一体成型机等等,高科技都藏在里面。

 

金属“印刷”的超材料微结构。

 

非金属的超材料微结构。

 

短短10分钟,一张超材料板就下线了。看上去就像印上了花纹的纸,比对开报纸略小。“印花”的材质粗略分有金属和非金属两种,实际上每批产品的配方都不相同。乍一看,金属“印花”整齐排列,“花纹”差不多,而一张非金属“纸”上印了5种“花纹”。配方和“花纹”都是光启的核心技术,也是不能说的机密。

 

在放大镜下,超材料的微结构很复杂。

 

到了显微镜下,超材料“印花”就没那么简单了,一片上面就有上万个不同形状的微结构。

 

据介绍,坂田基地整体布局规划以及设备设计均由光启技术人员自主完成,该基地的超材料生产线是集激光技术、超精密微结构加工技术和多层超材料制备技术于一体的高精生产线,其超材料微结构加工精度已达到微米级,可制备多层超材料板,超材料制备精度已全球领先

 

相关负责人介绍,超材料在研发和产业化阶段,需要快速地产品迭代,产业化的中试线极大支持了产品研发和转批产的速度,也显著降低了成本。

 

前面引述的一大段有关超材料的名词解释,外行人(包括记者)难免不明觉厉,我们这么理解就行了:这么一片“纸”具有超越普通材料的特殊性能,秘诀就在于它的微结构和材质的配方。超材料技术的核心关键是对电磁波的人为设计、任意控制。

 

 

坂田基地的工程师告诉记者,每一批超材料板都是根据最终产品的用途和使用环境量身定制的,设计完成后,生成文件,输入生产线即可。虽然生产一片只要10分钟,设计的时间却需以年计

 

光启具备全国首个超材料设计专用超级计算机集群,约有200个节点,峰值计算能力可达700万亿次/秒。该超算集群可用于超材料大尺寸样件的电磁性能设计。光启还建立了全球首个超材料人造微结构数据库,拥有上亿种微结构,极大缩短了设计周期。


用超材料制作的平板卫星天线,携带方便。

 

一片超材料板生产出来后,可以任意裁剪、拼接,应用到最终产品上,或用于实验。如图的平板式卫星天线,是超材料目前的一个典型应用。

 

工程师告诉记者,平板式卫星天线与常见的“锅”相比,体积小、拆卸组装方便,便携。但目前成本比“锅”高很多,民用还不是推广方向。

 

图:视觉中国

 

但是,有不少老百姓不知不觉已经用过超材料技术了。例如超级WiFi,国家体育场(鸟巢)、南京奥体中心、深圳会展中心,都布局了。超级WiFi是基于Meta-RF电磁调制技术开发的无线覆盖解决方案,专门针对高密度、大人流量、复杂电磁环境,大型场馆、轨道交通、产业园区等高密度人流区域,用户可畅游网络无压力。

 

除了超材料平板便携天线,光启还研发了一系列新型卫星通讯产品,包括超材料平板船载天线、超材料平板车载动中通天线、低剖面车载动中通天线等,便携天线放置在地面上,动中通天线安装在汽车、高铁列车等运动载体上,可以方便地操作、精准地指向卫星,为用户提供实时的语音、视频及数据的传输服务,在应急通信、抢险救灾、科考探险及媒体直播等领域有广阔的应用前景。

 

题图说明:超材料实验室的设备。光启 供图


本文图片除署名外均:马海邻 摄  图片编辑:邵竞(编辑邮箱:173699830@qq.com)

上一篇: 没有了
下一篇: 没有了
  相关文章
评论(1)
我也说两句
×
发表
最新评论
快来抢沙发吧~ 加载更多… 已显示全部内容
上海辟谣平台
上海2021年第46届世界技能大赛
上海市政府服务企业官方平台
上海对口援疆20年
举报中心
网上有害信息举报专区
关注我们
客户端下载