“超材料（metamaterial）”指的是一些具有人工設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)并呈現(xiàn)出天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的復(fù)合材料?！俺牧稀笔?1世紀(jì)以來出現(xiàn)的一類新材料，其具備天然材料所不具備的特殊性質(zhì)，而且這些性質(zhì)主要來自人工的特殊結(jié)構(gòu)。超材料的設(shè)計(jì)思想是新穎的，這一思想的基礎(chǔ)是通過在多種物理結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)來突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超常的材料功能。超材料的設(shè)計(jì)思想昭示人們可以在不違背基本的物理學(xué)規(guī)律的前提下，人工獲得與自然界中的物質(zhì)具有迥然不同的超常物理性質(zhì)的“新物質(zhì)”，把功能材料的設(shè)計(jì)和開發(fā)帶入一個(gè)嶄新的天地。

根據(jù)廣義相對(duì)論，時(shí)間和空間都是可以“彎曲”的，而空間里的光線同樣可以彎曲，前提是設(shè)計(jì)并制作出足夠小的“設(shè)備”。近年來，科學(xué)家沿著菲斯拉格的理論，依靠一些間隔僅有1毫米的幾千分之一的人工結(jié)構(gòu)，將材料的單元結(jié)構(gòu)(人工原子和人工分子)集合，通過不同的結(jié)合結(jié)構(gòu)和排列設(shè)計(jì)制造出各種超材料，實(shí)現(xiàn)了讓光波、雷達(dá)波、無線電波、聲波甚至地震波彎曲的夢(mèng)想。超材料的應(yīng)用與原有的材料制備有很大的區(qū)別，以往是自然界有什么材料，就能制造出什么物品，而超材料完全是逆向設(shè)計(jì)，根據(jù)針對(duì)電磁波的具體應(yīng)用需求，制造出具有相應(yīng)功能的材料。

主要特征

（1）metamaterial通常是具有新奇人工結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料；

（2）metamaterial具有超常的物理性質(zhì)（往往是自然界的材料中所不具備的）；

（3）metamaterial性質(zhì)往往不主要決定于構(gòu)成材料的本征性質(zhì)，而決定于其中的人工結(jié)構(gòu)。

超材料作為一種新型功能性材料，它的制造工藝及其復(fù)雜，主要包括印刷電路板工藝、光刻工藝、掩膜印刷法、電子束刻蝕工藝等。其中，光刻工藝是將光敏高分子制成一定圖形的抗蝕性膜，再用化學(xué)或電化學(xué)方法進(jìn)行腐蝕或電鍍的加工工藝，目前已應(yīng)用于單層及多層太赫茲（THz）頻域（30μm-3mm）超材料的制造。電子束工藝是利用極小波長(zhǎng)的電子束在高加速電壓下對(duì)基片上的抗蝕劑（PMMA、ZEP等）進(jìn)行曝光，在抗蝕劑中產(chǎn)生具有不同溶解性能的區(qū)域，然后用顯影液進(jìn)行溶解，得到所需的圖案，再進(jìn)行金屬層或介質(zhì)層的沉積。由于采用極小波長(zhǎng)的電子束，這種工藝可以得到比標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝更小的納米尺度。超材料制造技術(shù)需要微納米尺度上的光刻和蝕刻工藝，由此可見，超材料制造工藝更加類似于半導(dǎo)體，而與單純的其它基礎(chǔ)性材料或者普通復(fù)合材料大相徑庭。

六類超材料

1、自我修復(fù)材料——仿生塑料
伊利諾伊大學(xué)的Scott White研發(fā)出了一種具備自我修復(fù)能力的仿生塑料。這種聚合物內(nèi)嵌有一種由液體構(gòu)成的“血管系統(tǒng)”，當(dāng)出現(xiàn)破損時(shí)，液體就可像血液一樣滲出并結(jié)塊。相比其他那些只能修復(fù)微小裂痕的材料，這種仿生塑料可以修復(fù)最大4毫米寬的裂縫。

2、熱電材料
一家名為Alphabet Energy的公司開發(fā)出了一種熱電發(fā)電機(jī)，它可被直接插入普通發(fā)電機(jī)的排氣管，從而把廢熱轉(zhuǎn)換成可用的電力。這種發(fā)電機(jī)使用了一種相對(duì)便宜和天然的熱電材料，名為黝銅礦，據(jù)稱可達(dá)到5-10%的能效?？茖W(xué)家們已經(jīng)在研究能效更高的熱電材料，名為方鈷礦，一種含鈷的礦物。熱電材料目前已經(jīng)開始了小規(guī)模的應(yīng)用——比如在太空飛船上——但方鈷礦具備廉價(jià)和能效高的特點(diǎn)，可以用來包裹汽車、冰箱或任何機(jī)器的排氣管。

3、鈣鈦礦
除晶體硅外，鈣鈦礦也可可用來制作太陽能電池的替代材料。在2009年，使用鈣鈦礦制作的太陽能電池具備著3.8%的太陽能轉(zhuǎn)化率。到了2014年，這一數(shù)字已經(jīng)提升到了19.3%。相比傳統(tǒng)晶體硅電池超過20%的能效。科學(xué)家認(rèn)為，這種材料的性能依然有提升的可能。鈣鈦礦是由特定晶體結(jié)構(gòu)所定義的一種材料類別，它們可以包含任意數(shù)量的元素，用在太陽能電池當(dāng)中的一般是鉛和錫。相比晶體硅，這些原材料要便宜得多，且能被噴涂在玻璃上，無需在清潔的房間當(dāng)中精心組裝。

4、氣凝膠
氣凝膠可由任意數(shù)量的物質(zhì)所制成，包括二氧化硅、金屬氧化物和石墨烯。由于空氣占了絕大部分比重，氣凝膠還是一種絕佳的絕緣體。它的結(jié)構(gòu)也賦予其超高的強(qiáng)韌性。NASA的科學(xué)家已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)一種由聚合物所制成的柔性氣凝膠，作為太空飛船在穿過大氣層時(shí)的絕緣材料。

5、Stanene——導(dǎo)電率100%的材料
和石墨烯一樣，Stanene也是一種由單原子層所制作的材料。但由于使用了錫原子而非碳原子，這使其具備了石墨烯所無法實(shí)現(xiàn)的特性：100%的導(dǎo)電率。Stanene在2013年由斯坦福大學(xué)張首晟教授首次進(jìn)行了理論化。預(yù)測(cè)Stanene這類材料的電子屬性是張教授的實(shí)驗(yàn)室所擅長(zhǎng)的領(lǐng)域之一，根據(jù)他們的模型，Stanene是一種拓?fù)浣^緣體，也就是說，它的邊緣是導(dǎo)體，而內(nèi)部是絕緣體。這樣一來，Stanene就能在室溫下以零阻力導(dǎo)電。

6、光操縱材料
光操縱超材料的納米結(jié)構(gòu)能夠以特定的方式對(duì)光線進(jìn)行散射，它或許真的可以讓物體隱形。根據(jù)制作方式和材料的不同，超材料還能散射微波、無線電波、和不太為人所知的T射線。實(shí)際上，任何一種電磁頻譜都能被超材料所控制。

查看更多請(qǐng)點(diǎn)擊以下來源鏈接。

信息來源：

（以上信息來源或部分來源于以下文獻(xiàn)或網(wǎng)絡(luò)鏈接，若有侵權(quán)請(qǐng)及時(shí)告知以便刪除）

1.改變未來戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)！超材料：“中國制造”的全面領(lǐng)先，將是美國“噩夢(mèng)”的開始

2.超材料

3.【超材料】陶瓷基介質(zhì)超材料研究進(jìn)展

延伸閱讀：

超材料是什么？有什么種類和應(yīng)用？