光启超材料分析报告经典版.docx

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光启超材料分析报告经典版

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2016年2月

目录

1、超材料与隐身衣3

1、传统隐身技术3

2、视觉隐身6

3、隐身衣是怎么发展的呢9

4、超材料不仅仅是隐身13

二、相关公司14

1、龙生股份15

2、鹏博士15

3、鹏欣资源16

超材料通过绕射传播达到最佳隐身效果。

通常的隐身技术是一种低可探测技术，通过雷达隐形、红外隐形和可见光隐形等，来改变己方目标的可探测性信息特征。

即现有的隐身技术是通过减小作战平台对入射电磁波或声波的散射截面进行隐身，而超材料则不再是反射或吸收波，而是改变波的传播路线，使波发生弯曲，以达到绕射传播的目的从而实现隐身。

因为极少有能量产生后向散射，超材料可以达到最佳的隐身效果。

隐身超材料位居美国国防部六大颠覆性基础研究领域首位，进入实战不再遥远。

自从2006年乌尔夫·莱茵哈特和约翰·彭德利关于隐形的论文发表后，隐身衣已成为电磁学、物理学、光学、材料科学及交叉学科最前沿和最热门的研究领域之一。

美国陆军要求企业研发可穿戴式光学迷彩，其需要具备类似于变色龙的能力，可以根据背景改变颜色和图案，而且最好无需电源。

产品必须全方位适应所有地形，还要能够适应各种温度，雨天和雪天均能正常工作，同时还不能影响官兵执行常规任务。

可以说，基于超材料初级的视觉隐形或者说视觉伪装已经要走出实验室，可能在5年之内就会走入实战。

2015年5月12日，美国军方已要求企业研发“隐形面料”，并希望在18个月内对第一批样品进行测试。

深圳光启研制超材料隐身衣。

2009年，原属史密斯小组的刘若鹏领导其团队研发出超材料隐身衣，外形如同一条黄色浴巾。

该成果刊登在美国《科学》杂志上，引起业界很大的反响。

2010年《科学》杂志将超材料评为过去十年人类最重大的十大科技突破之一。

据报道，刘若鹏的隐身衣以数千块细小的“特异材料”片制成，这种人造纤维玻璃般的物料能控制光线。

研究员通过一系列复杂的计算辅助，把这些“特异材料”片排列成可以“抓取”微波，并且令它们的路径变弯。

当前，深圳光启、美国波音、雷神公司等正着力推动超材料技术的产业化进程。

未来超材料技术将向更宽频谱（太赫兹、红外）、数字化、智能化（AI）等方向发展，生产智能结构材料集成器件（如自诊断、自修复智能材料，传感器蒙皮材料，纳米波导，超衍射极限高分辨成像透镜等）、军用隐身材料（如雷达波/红外一体化隐身材料，自适应可控隐身材料等）、通信遥感系统（如可重构宽带综合射频天线，结构共形传感器蒙皮等）。

一、超材料与隐身衣

1、传统隐身技术

提到隐身，大家想到的隐身飞机、坦克、舰船等技术。

其实，现在的隐形飞机并非真正意义上的“隐形”，而是通过避开雷达等探测设备的电磁波等实现“相对隐形”。

人是通过物体反射回来的可见光看到物体。

根据这个原理科学家发明了雷达，它依据反射回来的雷达波发现目标，如果要实现“隐身”，就是要反射回来的波尽可能少。

现代隐身技术的准确说法是低可探测技术，指的是通过各种不同技术手段，如雷达隐形、红外隐形和可见光隐形等，来改变己方目标的可探测性信息特征，从而最大程度地降低被发现的概率。

通过外形形状的特殊设计和表层特殊涂料，极力吸收雷达波从而尽可能地“隐身”。

隐身需要设计为多边形绕射理论外形隐身，利用吸波材料，精确的细节设计考虑，同时避免使用有源传感器。

换句话说，隐形技术是传统伪装技术的一种应用和延伸，主要应用于军事领域，是第二次世界大战以后重大的军事技术突破之一。

自上世纪50年代隐形技术问世以来，各国在隐形兵器的研发方面取得了长足进展：

隐形飞机不断升级换代，隐形战舰相继问世。

通过各种技术的组合，物体对雷达的反射波向雷达两侧而不是雷达发射方向反射，同时反射的雷达波也被相对减弱。

但隐形飞机只是很难被雷达发现，等它飞近后完全无法逃过人的肉眼。

同时，减少后向散射，只对单站雷达有意义，对多站雷达、对其他方向是不隐身的。

另外，目前的所谓的隐身材料主要是吸收电磁波的吸波材料，是有限度的。

现代的隐形飞机对于人眼并不隐形，反而其前卫的造型给大家留下了深刻的印象。

如果有一种方法可以使得物体对于视觉也可以隐身，就实现了电影里面经常出现的镜头，比如哈利波特电影中的隐身斗篷和詹姆斯邦德的神奇装备——隐形汽车。

2、视觉隐身

如果说现有隐身技术是通过减小作战平台对入射电磁波或声波的散射截面进行隐身，那么超材料不是反射或吸收波,而是改变波的传播路线，使波发生弯曲，以达到绕射传播的目的从而实现隐身。

因为极少有能量产生后向散射，从而达到了最佳的隐身效果。

虽然听起来无比玄幻，但是就在两周之前的2015年5月12号，美国军方已要求企业研发“隐形面料”，并希望在18个月内对第一批样品进行测试。

美国陆军要求企业研发可穿戴式光学迷彩，其需要具备类似于变色龙的能力，可以根据背景改变颜色和图案，而且最好无需电源。

产品必须全方位适应所有地形，还要能够适应各种温度，雨天和雪天均能正常工作，同时还不能影响官兵执行常规任务。

可以说，基于超材料初级的视觉隐形或者说视觉伪装已经要走出实验室，可能在5年之内就会走入实战。

还有一种可能，隐身衣已经进入军队，只为未被人知。

早在2012年，据英国《每日邮报》报道，加拿大一家生物科技公司的负责人首次向媒体承认他们早就研究出来了隐形面料，面料外表可形成折射投影，人躲在后面可与周围景物完全融为一体而不被发现。

这项研究得到了美国国防部的支持。

目前，隐形面料已经在加拿大和美国的军队中应用，用于制作隐形迷彩衣。

资料显示，负责研发的是加拿大生物公司HyperstealthBiotechnology，这种面料被命名为“量子隐形伪装材料”，通过弯曲光线达到隐形目的，从而实现与周围环境的完全融合。

这家生物公司的CEO克拉默教授声称，他们的材料隐形效果极佳，就像哈利波特的隐形斗篷一样，甚至可以躲过夜视镜的观察。

不过出于保密原因，该公司拒绝对外提供实际样品，目前只在官网上刊登了数张演示效果的照片。

由于没有实物，也有人怀疑此事的真实性，项目负责人盖伊教授解释说：

“目前外界对隐形面料是否存在仍存质疑的声音，但由于公司和美国以及加拿大的军事部门达成了保密协议，不能对外界展示这种面料。

但我可以确定地告诉大家，隐形面料也已接受过两支美军部队和两支加拿大反恐部队的测试，可以骗过红外线和热成像技术的侦测。

”

他还强调，这款面料并未使用相机、电池、灯光或者镜子，所以足够轻便，而且选择的面料是非常普通的纤维织物，成本不高，如果这种隐形面料未来有机会推广，可用领域一定非常广泛。

多家外国媒体就此事向美国军方求证，至今没有得到回复。

3、隐身衣是怎么发展的呢

自从2006年乌尔夫·莱茵哈特和约翰·彭德利关于隐形的论文发表后，隐身衣已成为电磁学、物理学、光学、材料科学及交叉学科最前沿和最热门的研究领域之一。

世界各地许多科学家开始以此为起点，在隐身衣的研制上展开了激烈竞争。

目前，大部分的隐身通过光学透镜或者LED屏幕与相机组合实现，相机在一方拍摄视频，然后将拍摄的内容在另一方外层的LED屏上进行展示，通过对物体背后景象的展示，使得物体看似隐身。

但是，这对供电和运算能力的需求是一个考验，离实用性差距较大。

真正能走入实用的肯定是一种全新的材料，一种轻便同时不需要外界支持的新材料。

莱茵哈特和彭德利的论文发表不久后，美国杜克大学的戴维·史密斯教授带领的小组利用新型人工电磁材料在微波段研制成功圆柱形的隐身大衣原型，验证了用该材料实现隐身的设想，宣告微波隐形材料的诞生。

然而，这一隐身衣有着明显的缺陷：

只在频谱带宽内有效；损耗大，隐形效果不明显。

但是，美国军方对其表现出强烈的兴趣。

美国国防部曾大力资助史密斯小组的研究工作，史密斯表示隐形材料可以用于隐藏侦查设备，保护进入敌军腹地的部队。

美国《科学》杂志将这一结果评为年度十大科技进展之一。

第二年，美国普渡大学的弗拉基米尔·沙拉耶夫教授带领的研究团队同样研制出了一种光学超材料，并于2008年通过《科学》杂志公之于众。

这种光学超材料具有改变光线传播方向的能力，光线在这种材料中会出现负折射，达到隐形效果。

2009年，原属史密斯小组的刘若鹏领导其团队研发出超材料隐身衣，外形如同一条黄色浴巾。

根据媒体报道，刘若鹏的隐身衣以数千块细小的“特异材料”片制成，这种人造纤维玻璃般的物料能控制光线。

研究员通过一系列复杂的计算辅助，把这些“特异材料”片排列成可以“抓取”微波，并且令它们的路径变弯。

但是当时依然局限于对微波段光路的改变，对于可见光波段依然无计可施。

之后，普度大学的沙拉耶夫教授，把隐身尺度从微米级提升到了毫米级，已经可以产生指头粗细的隐身区域。

伯克利大学的张翔教授则使用一种三维超颍材料，第一次把隐身波段扩展到可见光范围。

香港科技大学的陈子亭教授还提出，隐身只是控制光线的第一步，科学

家还可尝试控制光线让物体看起来变成另外的模样，实现光学幻象。

2013年，美国麻省理工学院学者在《Nature》发表一篇题为“Soundandheatrevolutionsinphononics（声子学中声与热之革命）”的综述论文，论文中专门设有一个小节，标题为“Thermalmetamaterialsandheatcloaking（热学超构材料与热隐身）”，介绍了这个新领域以及相关主要进展。

根据媒体报道，长期专注于军用电磁技术研究与防御系统开发的美国雷神公司，也对超材料技术非常关注，目前已开展深入的应用研究，并与学术界和工业界积极开展超材料技术领域的合作。

雷神公司与大学合作开发的“透波率可控人工复合蒙皮材料”。

这种材料采用嵌入了可变电容的金属微结构频率选择表面（FSS），通过控制加载在可变电容上的偏置电压，可以改变频率选择表面的电磁参数，从而实现材料透波特性的人工控制，可应用于各种先进雷达系统和下一代隐身战机的智能隐身蒙皮。

除此之外，雷神公司也是美国国家科学基金会（NSF）发起成立的“工业-大学联合研究中心”（I/UCRC）的成员，并在各军方客户（如DARPA、海军科研办公室、空军科研办公室）的支持下，与一些大学等研究机构联合开展了一系列超材料技术武器装备应用的前沿研究。

4、超材料不仅仅是隐身

新任美国国防部负责科研与工程技术（R&E）事务的助理国防部长（ASD）鲍勃•贝克在其最新的年度报告中详细介绍了美国国防部2013-2017年科技发展“五年计划”的制定过程，通过分析美国在21世纪所面临的新秩序与新挑战，提出了未来重点关注的以下六大颠覆性基础研究领域（DisruptiveBasicResearchAreas）：

1、超材料与表面等离激元学（Metamaterials&Plasmonics）2、量子信息与控制技术（QuantumInformation&control）3、认知神经学（CognitiveNeuroscience）4、纳米科学与纳米工艺（Nanoscience&Nanoengineering）5、合成生物学（SyntheticBiology）以及对人类行为的计算机建模（ComputationalModelsofHumanBehavior）。

美国国防部对于颠覆性基础研究领域的定义为：

对于近期与未来美军的战略需求和军事任务行动能够产生长期、广泛、深远、重大影响的基础研究领域，这些领域的研究已取得关键突破并且可以持续发

展，未来的研究成果能够使美军在全球范围内具备绝对的、不对称的军事优势。

超材料位居颠覆性基础研究领域首位，超材料的颠覆性应用前景包括：

利用增强/捷变隐身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。

小型化超材料隐身射频系统可以使通信设备更加轻便，并且不易于被侦查，使美军战场生存能力大幅提升。

智能自检测自修复结构超材料技术将使美军装备维修保障周期/成本大幅缩减，作战效能大幅提升。

超材料具备的核心能力包括：

通过复杂人工微结构改变材料的表征特性；实现自然界材料不存在的负折射率；基于超材料技术的相控天线阵列；基于等离子体激元的增强型探测器和成像器件。

如果把超级量子隐形材料运用在军事领域，其意义无疑是巨大的。

它不仅能让目前的隐形战斗机实现真正的隐形效果，还能推广到其他武器装备上使用。

美国F-35战斗机与DDG1000大型驱逐舰都应用了超材料隐身技术。

这种隐形材料将革命性地改变地面战尤其是特种作战的模式。

除了隐身之外，超材料凭借其独有的特性颠覆我们已知的领域和产品。

由于超材料为控制电磁场提供了无限的可能，其可以应用的领域也是无可限量。

超材料可以引导微波“转向”，避开仪器探测，从而防止物体被发现。

此项技术在军事和民用上有广阔空间，可广泛应用于无线通信、医学成像、无损检测、汽车防撞雷达等很多方面。

提高天线定向性——左手材料用在天线上具有独特优势，可以提高天线定向性，以确保通信的保密性和高效性。

在微带贴片天线上覆盖左手材料，此覆层将类似凸透镜把点源发散光聚集成平行光，显著地改善贴片天线的方向性。

加入左手材料平面天线罩后，天线的波束得到汇聚。

高灵敏度和方向性好的天线在军事武器上应用很广，如雷达、战斗机、GPS系统等。

提高滤波特性——利用左手媒质设计了微波空间滤波器，其滤波特性有很好的矩形度，带外隔离度非常大，是用普通媒质设计的滤波器无法比拟的。

左手媒质微波空间滤波器的优良特性在军事上有广泛的应用前景，例如军用飞机的雷达罩、微波天线防干扰和防微波高能武器的屏蔽罩等。

减少各种微波器件的尺寸——可以实现对右手材料的相位补充技术。

利用这种结构可以构成一种新颖的阵列天线馈电系统，可以减小天线、滤波器、耦合器等等尺寸。

实现“完美透镜”——负折射率材料可以用于平板透镜，光束控制，耦合器等方面。

左手材料制成的透镜，在合适的条件下，可以成为“完美透镜”。

实现亚波长分辨率，突破传统材料分辨率限制，制作出存储容量比现有DVD高几个数量级的新型光学存储系统。

当前，美国波音公司、美国雷神公司、日本丰田公司、韩国LG电子公司、等世界级跨国公司正着力推动超材料技术的产业化进程，积极抢占超材料市场份额，主要研究方向集中在：

（1）新型超材料及其功能的设计、性能优化及相关模拟仿真方法；

（2）器件的制造：

由于亚波长特征尺寸的限制，在光频波段进行器件制作需要高技术水平；（3）相互作用的研究：

由于超材料的大多数性质都与表面/界面波有关，进一步探索这种近场波与自由空间电磁波的耦合，以及其材料内部的传播性质，需要不断更新理论概念、分析方法和实验测量技术等方面。

未来超材料技术将向更宽频谱（太赫兹、红外）、数字化、智能化（AI）等方向发展，主要集中在以下三个领域：

1智能结构材料集成器件：

如自诊断、自修复智能材料，传感器蒙皮材料，纳米波导，超衍射极限高分辨成像透镜等

2军用隐身材料：

如雷达波/红外一体化隐身材料，自适应可控隐身材料等3通信遥感系统：

如可重构宽带综合射频天线，结构共形传感器蒙皮等。

目前从事相关领域研究的企业包括：

中国深圳光启美国波音公司、雷神公司、洛克希德马丁公司英国航宇公司日本三菱重工

二、相关公司

1、龙生股份

3月25日晚间，龙生股份发布的非公开发行股票预案，龙生股份拟向达孜映邦、光启空间技术等10名特定投资者发行不超过1007亿股，募集不超过72亿元，全部用于投资超材料智能结构及装备产业化等项目。

根据公告，达孜映邦和光启空间均为光启科技旗下企业。

定增完成后，光启科学实际控制人刘若鹏将间接持有龙生股份4438%股权，成为公司实际控制人。

龙生股份此次募投项目的主要产品包括地面行进装备超材料智能结构和可穿戴式超材料智能结构（外骨骼）。

光启创建团队在2009年首次实现了宽频带超材料隐身衣的设计与制备，该成果刊登在美国《科学》杂志上，引起业界很大的反响。

2010年《科学》杂志将超材料评为过去十年人类最重大的十大科技突破之一。

根据方案，公司此次募集资金拟投入576亿元用于超材料智能结构及装备产业化项目，项目建设期为3年，达产期3年，达产后年新增营业收入为5895亿元，年新增利润总额1662亿元。

超材料智能结构及装备研发中心建设项目拟投入募集资金144亿元。

2、鹏博士

3月18日，鹏博士发布2015年非公开发行A股股票预案，公司拟以1995元/股，非公开发行不超过25亿股，募集资金总额不超过49875亿元，拟全部用于“家庭智能无线感知网”项目，其中深圳光启合众科技拟认购1596亿元，在8位拟认购方中金额最大。

此外，鹏博士还发布公告，称3月18日与深圳光启高等理工研究院、深圳光启合众科技有限公司和光启科学签署了《战略合作框架协议》。

3、鹏欣资源

2014年7月21日，鹏欣资源与深圳光启高等理工研究院签订《战略合作框架协议》。

此后公司与深圳光启一起同刚果民主共和国、新西兰航空公司陆续签订合作协议。

深圳光启提供“临近空间技术”对南非、刚果的金矿铜矿等资源进行勘察并优选，同时提供“空中货轮”技术进行开采，鹏欣资源负责矿山的日常经营管理；双方后期还会成立相关的公司。

同时公司作为战略股东拟投资约15亿元，将主要用于对超材料科学领域项目的投资。

在光启科学借壳龙生股份的方案中，为降低在龙生股份所持的股权比例，原龙生股份实际控制人俞氏家族将其所持有的38825万股股票转让给鹏欣资源的实际控制人姜照柏及姜雷。

此外，姜照柏及姜雷还通过达孜鹏欣资源出资10亿元参与龙生股份的定增。