著名科幻小说家阿瑟·克拉克曾经有句名言:“任何足够先进的科技,都与魔法无异。” 这句话如果用在超材料上面,会显得无比贴切。2006年世界上第一次出现了“Metamaterial”这个单词,2008年有了“超材料”这个中文词汇。令人意想不到的是,短短的十余年间,超材料技术已在神州大地上遍地开花。
在今年全国两会期间,全国人大代表、光启高等理工研究院院长刘若鹏在接受本报全媒体记者采访时表示:“如今,随着超材料大规模、全面应用,更是形成了‘万花齐放’的局面,几乎覆盖了我国最重要的尖端装备。时间已经证明,(超材料技术)这是一条正确的道路,是一个符合主要生产力、主要技术发展的正确方向和路径。”
今年的政府工作报告中提到“要把科技自立自强作为国家发展的战略支撑”,超材料技术的发展正为此写下完美注解。
文、图/广州日报全媒体记者王纳
起草全球首份超材料领域国家标准
“超材料” (Metamaterial)是21世纪以来出现的一类新材料,指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。
说到超材料技术的发展,绕不开光启。近期,光启技术的一则公告引发业界瞩目。其公告称,光启尖端某大型复杂超材料结构产品已达到重要应用节点,成为我国同类大型复杂超材料结构件中首个进入应用节点的;该单一产品的交付量预计达到6000公斤至8000公斤,接近银星基地目前总产能。也就是说光启作为全球超材料尖端装备领域唯一能实现批量生产的供应商,超材料产品目前已经处于满产满销、供不应求的状态。从0到供不应求,刘若鹏和他的伙伴们花了10年功夫。
2009年,年仅25岁、还在美国杜克大学读博士的刘若鹏,率领团队用超材料技术成功研制出了“可隐身”的实验室作品,并以第一作者在美国《科学》杂志刊载论文后引起科学界轰动。随后,刘若鹏博士和他的团队成员辗转回到中国,于2010年7月在深圳成立“深圳光启高等理工研究院”,开始主攻超材料的设计与研发。
“我们在进入超材料领域时,连‘超材料’这个名字都没有,即使在美国,它都是最新、最前沿的领域,而我们这几个人就是这个领域的先驱。”刘若鹏这样说道。
2015年,由光启领衔,检测监管机构、十余家科研院所、相关产业企业共同起草了全球首份超材料领域的国家标准——《电磁超材料术语》,并于2016年10月1日起实施。
实现我国超材料技术“从0到1”的历史性突破
由于超材料中的高性能电磁材料,大多数应用在尖端装备等涉及国家及公共安全的敏感行业,所以发达国家对向中国出售此类材料有极其严苛的限制。2016年1月1日,光启正式立项,研究高性能电磁基底材料,团队前后历时近四年,光启高性能电磁材料终于研发成功,打破了国际垄断,填补了行业空白。2019年10月1日,光启高性能电磁超材料走完从研制、试产、 小批量到规模化成功应用的长征之路。也在同一天,光启宣布,向全行业开放系列功能材料库。某航空装备研究院专家不无欣喜地对光启团队肯定道:“这款材料彻底解放了复杂超材料产品设计的边界,让我们装备的性能指标得以实现。”
刘若鹏说:“一开始的时候成品率特别的低,最开始0的成品率也造不出来,后来就达到10%、20%、30%、40%……良率开始一点点爬坡,直到2020年,我们所交付的成品率达到了97.7%,但与我们的最终目标99.99%还有一点点差距。”
如今,光启的超材料已经应用在先进飞机、大型无人机、海洋航空装备等多个尖端装备领域。光启先后在深圳建立了银星产业基地和佛山顺德产业基地,在全世界范围内首次实现了超材料规模化生产,成为集“研究一设计一测试一批产”一体化的全球超材料龙头企业,实现了我国超材料技术“从0到1”的历史性突破。
光启开始研制第四代超材料
刘若鹏说:“去年,我们的第二代超材料基本上覆盖了我国重要的尖端装备,也实现了里程碑式的突破,让超材料技术从一个新技术的引入发展成为了主流技术。今年超材料的生产不再是小批量的,而是直接面临大批量的制造与交付,对我们来讲也是一个非常大的挑战。但我们哪怕战斗到最后只剩一滴血,也得把这活儿给干完!”
根据刘若鹏的规划,2021年的另一个重要任务是实现第三代超材料技术规模量产,相对于目前的第二代超材料的产品,第三代超材料在性能上有大幅度的提升。
而以每24个月量产一代新技术的时间来估算,光启将在2023年实现第四代超材料技术规模量产。刘若鹏表示:“目前,第四代超材料技术现在也进入到紧张的研制过程中。”
“时间证明超材料是一条正确道路”
今年的政府工作报告中提到“要把科技自立自强作为国家发展的战略支撑”,我国超材料技术的从无到有,恰是为科技自立自强做了完美注解。
刘若鹏接受记者采访时表示,近两年来,超材料在我国已经是百花齐放了。“无论去任何一个十大尖端装备集团,任何一个研究所,或者任何的一个尖端装备制造厂,他们的发展领域和研究方向里一定少不了超材料。”
他说:“时间已经证明,这是一条正确的道路,是一个符合主要生产力、主要技术发展的正确方向和路径。”
在刘若鹏看来,随着大规模和全面的应用,今天超材料行业形成了 “万花齐放”的局面,几乎覆盖了我国最重要的尖端装备。不过,在一些更广泛的应用领域,包括一些民用领域,超材料的应用还不多,停留在一个比较初级的状态,还有待进一步的发展。如今,随着超材料技术在尖端装备领域的发展,也必将逐渐走进民用领域。