“超材料（metamaterial）”指的是一些具有人工設計的結構并呈現(xiàn)出天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的復合材料。“超材料”是21世紀以來出現(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構。超材料的設計思想是新穎的，這一思想的基礎是通過在多種物理結構上的設計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。超材料的設計思想昭示人們可以在不違背基本的物理學規(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)”，把功能材料的設計和開發(fā)帶入一個嶄新的天地。

根據(jù)廣義相對論，時間和空間都是可以“彎曲”的，而空間里的光線同樣可以彎曲，前提是設計并制作出足夠小的“設備”。近年來，科學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構，將材料的單元結構(人工原子和人工分子)集合，通過不同的結合結構和排列設計制造出各種超材料，實現(xiàn)了讓光波、雷達波、無線電波、聲波甚至地震波彎曲的夢想。超材料的應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計，根據(jù)針對電磁波的具體應用需求，制造出具有相應功能的材料。

主要特征

（1）metamaterial通常是具有新奇人工結構的復合材料；

（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成材料的本征性質(zhì)，而決定于其中的人工結構。

超材料作為一種新型功能性材料，它的制造工藝及其復雜，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，再用化學或電化學方法進行腐蝕或電鍍的加工工藝，目前已應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的電子束在高加速電壓下對基片上的抗蝕劑（PMMA、ZEP等）進行曝光，在抗蝕劑中產(chǎn)生具有不同溶解性能的區(qū)域，然后用顯影液進行溶解，得到所需的圖案，再進行金屬層或介質(zhì)層的沉積。由于采用極小波長的電子束，這種工藝可以得到比標準光刻工藝更小的納米尺度。超材料制造技術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體，而與單純的其它基礎性材料或者普通復合材料大相徑庭。

六類超材料

1、自我修復材料——仿生塑料
伊利諾伊大學的Scott White研發(fā)出了一種具備自我修復能力的仿生塑料。這種聚合物內(nèi)嵌有一種由液體構成的“血管系統(tǒng)”，當出現(xiàn)破損時，液體就可像血液一樣滲出并結塊。相比其他那些只能修復微小裂痕的材料，這種仿生塑料可以修復最大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，它可被直接插入普通發(fā)電機的排氣管，從而把廢熱轉(zhuǎn)換成可用的電力。這種發(fā)電機使用了一種相對便宜和天然的熱電材料，名為黝銅礦，據(jù)稱可達到5-10%的能效?？茖W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)模的應用——比如在太空飛船上——但方鈷礦具備廉價和能效高的特點，可以用來包裹汽車、冰箱或任何機器的排氣管。

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?？茖W家認為，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構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。它的結構也賦予其超高的強韌性。NASA的科學家已經(jīng)在實驗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的絕緣材料。

5、Stanene——導電率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現(xiàn)的特性：100%的導電率。Stanene在2013年由斯坦福大學張首晟教授首次進行了理論化。預測Stanene這類材料的電子屬性是張教授的實驗室所擅長的領域之一，根據(jù)他們的模型，Stanene是一種拓撲絕緣體，也就是說，它的邊緣是導體，而內(nèi)部是絕緣體。這樣一來，Stanene就能在室溫下以零阻力導電。

6、光操縱材料
光操縱超材料的納米結構能夠以特定的方式對光線進行散射，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。實際上，任何一種電磁頻譜都能被超材料所控制。

查看更多請點擊以下來源鏈接。

信息來源：

（以上信息來源或部分來源于以下文獻或網(wǎng)絡鏈接，若有侵權請及時告知以便刪除）

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

2.超材料

3.【超材料】陶瓷基介質(zhì)超材料研究進展

延伸閱讀：

超材料是什么？有什么種類和應用？