革命性“黑科技”,美国人这么玩

新材料在线2020-09-27 11:26:00

自20世纪中叶以来,创新型小企业已成为世界各国经济快速发展的重要增长点。据美国企业管理局(SBA)统计,全美55%的技术创新来自小型企业,小企业的产品发明、重大创新成果为大企业的两倍。世界各国政府先后推出了一系列促进中小企业的技术创新的科技计划。这方面以美国的SBIR(Small Business Innovation Research,即企业创新研究资助计划)和STTR(Small Business Technology TransferProgram,即小企业技术转移资助计划)最为出名。




SBIR/STTR

1982年,为了推动高科技研究成果向产品的迅速转化,美国政府推出了SBIR。该计划要求国防、卫生、航空、能源等11个联邦政府部门拨出研究开发预算中的2.5%用于支持小企业创新。1992年,为了推动小企业与研究机构合作并推动科技成果转移,美国政府又推出了STTR。这个计划要求各政府部门将其研究经费中的0.3%用于资助高校或非赢利性研究机构与小企业的合作及其技术转移。

著名的“好奇者”号火星探测器便是在SBIR相关项目的支持下完成的,其于2012年成功登陆火星,为人类探寻火星上的生命迹象。如今声闻全球的E-2鹰眼预警机超强的 “眼力”也得益于SBIR。迄今为止,有40多万科研人员直接参与并受益于SBIR创新计划,总共获得5万多项专利。这些技术创新活动涉及国防、医疗、能源、卫生、科技等各方面,对增强美国的国防实力、改善环境、提高人们的健康水平等都产生了重要作用。2011年12月,尽管联邦政府预算面临巨大压力,但美国国会仍通过了一个新的议案,即将到期的有关SBIR/STTR计划的法律延续了6年,并规定用于SBIR计划的经费在总研发经费中所占比例从2.5%逐年增加,至2017年达到3.2%。

SBIR/STTR部分资助项目

公司/研究所

阶段

项目

Plasmonics Inc. & Sandia National Lab

2

Infrared Metamaterials for Emission Phase Control

(用红外超材料控制热辐射)

NANOSONIC, INC.

1

A Low-Cost, Lightweight Metamaterials Enhanced Conformal Antenna forGPS/Communication Systems

(低成本,重量轻的超材料增强型GPS/通讯系统共形天线)

SENSORMETRIX

1

Structural Electromagnetic Metamaterials for Aerospace Applications

(结构电磁超材料在宇宙空间的应用)

APPLIED EM, INC.

1

Miniature GPS Antenna Arrays Using Novel Materials

(使用新材料制作的小型GPS天线阵)

SensorMetriX

2

Robust Metamaterials for Electromagnetically Versatile Structures

(高强度多功能电磁超材料)

DOLCE Technologies

1

High Performance THz Detector Arrays Using Planar Metamaterial Absorbers

(使用吸波超材料平板制作高性能THz探测阵列)

General Opto Solutions

1

Extremely broadband (visible-IR) all optical switches based on active photonicmetamaterials

(基于主动光激发超材料的超宽带(红外可见)光学转换器)

Applied EM Inc.

2

Wideband Antenna Structure for Airborne Communications Systems

(飞机通讯系统宽频天线)

FIRST RF CORPORATION

1

Conformal Antenna for Application to Jamming of IEDs

(使用共形天线解决智能电子设备拥挤的问题)

SI2 Technologies

1

Variable Coverage Wide Field of View Metamaterial Antenna for Satellite Communications

(用于卫星通讯的广视域可变覆盖范围超材料天线)

SensorMetriX

1

Variable Coverage Wide Field of View Anti-jam Metamaterial Antenna System

(宽视域可变覆盖范围反干扰超材料天线系统)

Agiltron Corporation

1

Metamaterials for Variable Emissivity Coatings

(超材料可变辐射系数涂层)

Capco Inc.

1

Directionally-Tailored Infrared Emission and/or Transmission

(红外定向辐射/传输)

Plasmonics Inc. & Sandia National Lab

1

Infrared Metamaterials for Emission Phase Control

(用红外超材料控制热辐射)

A. Brown Design & Michigan State University

1

Metamaterial-based MEM ultra-low-loss non-dispersive phased-array antenna

(微电子系统超低损耗无色散超材料相控阵雷达)

FIRST RF CORPORATION

2

Conformal Antennas for Unmanned Aircraft System (UAS)

无人机系统共形天线)

Microwave Measurement Systems

1

Ultra High Performance Radar Absorbing Material

(超高性能雷达吸波材料)

PaneraTech

1

High-Performance, Low-Profile Antennas Utilizing Advanced Engineered Materials

(利用先进的设计材料(超材料)制作高性能天线)

MEMtronics Corporation & Lehigh University

2

Metamaterial-Based MEMS Compact Phase Shifters

(基于超材料的微电系统移相器)

MEMtronics Corporation & Lehigh University

1

Metamaterial-Based MEMS Compact Phase Shifters

(基于超材料的微电系统移相器)

上表展示的是近年SBIR/STTR资助的部分研究项目,这些项目可以聚焦于一个核心的词汇——超材料。超材料技术是一种新兴的材料逆向设计技术,其核心思想是通过对电磁波的任意调制需求,获取所需的材料参数,这些材料通常是自然界中材料所不具备的。超材料技术通过在材料关键物理尺寸上的结构有序设计,突破某些表观自然规律的限制,获得超出自然界原有普通物理特性的超常材料。前面提到的E-2鹰眼预警机的雷达罩采用超材料智能结构,由美国本土公司Nano Sonic,Inc和Sensor MetriX在SBIR项目的支持下成功研制,大幅度地提高了E-2预警机“蘑菇盘”雷达的探测能力。

超材料技术2001年以闪亮的姿态登陆世界革命性科技创新平台,目前已先后两次被美国《科学》杂志评为世界十大科技进展之一。美国国防部长办公室(ASD)在2007至2009财年针对超材料领域投资逾2.85亿美元;美国空军科学研究办公室(Air Force Office ofScientific Research, AFOSR)在2012财年把超材料列入“十大关键领域”,十个领域总计投资3.64亿美元;美国国防部(DoD)更是将“超材料技术”列为未来六大颠覆性基础研究领域(Disruptive Basic Research Areas)之一,投入迅猛增加。


超材料发展里程碑

美国陆海空三军正在SBIR/STTR项目中大力推进超材料技术研究,共支持了至少94家企业进行超材料应用研究,其中,自2006年至今,美国海军(Navy SBIR/STTR)与各个企业签订了超过60个超材料相关研究的合同,金额超过2000万美元。应用领域涉及E-2预警机雷达罩、导弹天线罩、舰艇吸波材料、大面积吸波材料制备技术、电子干扰箔条、电子战天线、无人机天线、超材料通讯天线、机载共形天线、声学隐身技术等。


作者:潜龙



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