声学超材料
力学与声学超材料在船舶工程中的应用研究综述
力学与声学超材料在船舶工程中的应用研究综述摘要：声绝缘水平是声波反射到材料表面的能量,声吸收量是声波在材料内部传输的能量。
天然吸声材料遵循经典的波传播理论,即材料密度越高,隔音和吸声效果越好。
声学超结构材料作为一种新型的人造结构,在传统材料的基础上,组合设计的微结构,实现了许多天然材料所没有的异常等效物理性能,大大增强了对声波的控制能力,主要表现在同样的降噪能力上,超结构材料的声学厚度远远小于传统材料。
这种双负极材料在20世纪末发现后,大大提高了控制电磁波的能力,推动了材料领域的发展。
关键词：力学与声学超材料；船舶工程；应用引言船舶与海洋工程结构长期工作于风、浪、流、高低温、光照、盐雾、腐蚀及深海超高压等复杂的海洋环境中，船上推进装置及各类设备会产生较大的动载荷，从而造成船舶及海洋结构物的腐蚀、蠕变、振动、疲劳、噪声、屈曲和断裂等问题。
对民用运输船舶来说，其主要追求结构的轻量化、安全性和舒适性。
对军船以及极地破冰船来说，需要考虑武器攻击的强非线性载荷、连续破冰时产生的瞬态冲击力、在动力装置的推进下产生的水下辐射噪声等问题，其主要追求结构抗爆抗冲击的安全性、声隐身性和振动舒适性等。
但是，采用传统材料制造的船舶已难以满足上述更高的综合工程需求。
而超材料由于其性能的人工可设计性和性能超颖性，成为解决上述难题的有效途径之一。
例如，力学超材料的压阻效应及吸能特性可以用于解决舰船抗爆抗冲击防护的难题，声学超材料的带隙特性可以用于解决潜艇或水面舰船的全频段声隐身难题，电磁波超材料可以用于解决舰艇特定频段的雷达波隐身设计等。
1概述随着科技的发展，各种新型功能性材料得到广泛应用。
其中，通过实施微结构设计而使内部弹性常数及密度呈周期性变化的声学超材料可达到对声波/弹性波的抑制与操控目的。
声学超材料的奇特声学特性主要源于其拓扑结构形式，使其具有诸如负等效质量密度、负等效体积模量或负剪切模量等特征。
在声学超材料中，周期性排列的宏观介质材料会对声波/弹性波产生散射，并在特定的频率下使入射声波/弹性波产生相位相消现象，阻碍声波/弹性波的传播，这种对声波/弹性波产生抑制的频率区间即为带隙。
研究声学超材料的意义
研究声学超材料的意义《声学超材料：打开奇妙声音世界的新大门》我今天想和大家聊一聊一个超级酷的东西，那就是声学超材料。
你们可能都没怎么听说过这个名字，就像我一开始也不知道一样。
可是当我慢慢了解它之后，哎呀，我就像发现了一个超级大宝藏似的。
声学超材料可不是我们平常看到的那些普通材料哦。
普通材料对于声音的作用，就像我们每天走的平平常常的路，声音在上面传播就规规矩矩的。
但是声学超材料呢，它就像是声音的魔法世界。
在这里面，声音可以被控制得像小木偶一样听话。
我给你们举个例子吧。
想象一下，声音就像一群调皮的小猴子，在普通的树林（普通材料）里，它们想怎么跑就怎么跑，上蹿下跳的。
可是到了声学超材料这个特殊的“动物园”里，这些小猴子就只能按照管理员（我们人类）设定的路线走啦。
这是多么神奇的事情啊！那研究声学超材料到底有啥意义呢？这可多了去了。
先说说在噪音控制方面吧。
我们生活的世界呀，到处都有噪音。
汽车的喇叭声、工厂里机器的轰鸣声，就像一群张牙舞爪的怪兽，总是在我们耳边咆哮，可烦人了。
要是有了声学超材料，那就不一样啦。
我们可以用它来做隔音材料，就像给那些噪音怪兽建了一个个坚固的牢房，把它们都关起来，让我们的世界变得安安静静的。
我就想啊，要是我家旁边的马路用上这种材料，那我写作业的时候就不会被汽车声打扰啦。
我跟爸爸说这个想法的时候，爸爸笑着说：“小子，你这想法还挺妙的。
”我就得意地说：“那可不，我可是对声学超材料很有研究的呢！”再说说在医疗方面的意义吧。
我们的身体里面呀，有些地方医生想要看清楚可不容易。
这时候声学超材料就像一个超级小助手。
声音在这种材料的帮助下，就像拥有了透视眼一样，可以轻松地穿过身体的一些组织，然后把身体里面的情况清楚地告诉医生。
就好像是给医生的听诊器装上了超级放大镜一样。
我问过当医生的阿姨，阿姨说如果真的能广泛应用，那对诊断很多疾病都会有很大的帮助呢。
我就好奇地问：“阿姨，那是不是就可以更快地把病人治好呀？”阿姨笑着点头说：“对呀，小机灵鬼。
超材料在声学和光学中的应用
超材料在声学和光学中的应用近年来，随着材料科学的不断发展和进步，超材料在声学和光学领域的应用越来越广泛。
超材料不同于传统材料，具有许多独特的物理特性，如负折射率、超透明、完美吸声等。
这些特性为声波和光学领域的科学研究提供了新的思路和方法。
一、超材料在声学中的应用超材料在声学中的应用主要体现在声障、声吸收材料和声透镜等方面。
声障指阻碍声波传播的障碍物或屏蔽物。
超材料具有负折射率的特性，可以用于声障的设计中。
负折射率的声障可以将声波聚焦在特定区域内，从而达到屏蔽声波的效果。
超材料的吸声特性也受到科研人员的广泛关注。
以往的吸声材料主要使用多孔材料或厚度较大的吸音板，这些材料的吸声效果相对较低。
而超材料吸声材料可以通过与声波交互作用形成“地下铁道”或“孔洞”结构来实现良好的吸声效果。
超材料吸声材料不仅重量轻、厚度薄，还具有高效、宽频、可重复使用的优点。
声透镜是指将声波集中到一个点的透镜。
传统光学中，透镜是由折射率较高的材料内凸而成。
然而，声波的折射率是负数时，声透镜的折射效应也会相应地产生变化。
利用超材料的负折射率特性，可以设计出超小型的声透镜，将聚焦区域缩小到亚微米级别，使得研究者可以更加便捷地研究和探索微观世界中声波的运动规律。
二、超材料在光学中的应用超材料在光学中的应用比在声学中的应用更加广泛。
超材料可以用于光障、透镜、光纤、平面波导等领域中。
因为超材料具有折射率负值的特性，可以用于设计出“超透镜”和“超光纤”等器件。
这些器件不仅在推进现代光子学研究方面具有重要的作用，还应用于现代光通信、光储存、光计算等诸多领域。
超透镜是一种利用负折射率超材料制成的透镜。
超透镜的结构中，导电元素被紧密地集成在高品质陶瓷基质中。
这种结构不仅考虑了透镜的材料性能，还考虑了透镜的结构。
因此，在比传统透镜低得多的数各微米水平上，超透镜可以实现比传统透镜更好的分辨率。
超透镜也可以实现超轻型设计。
在现代光子学设备中，超透镜已成为极为重要的应用装置。
复合型薄膜声学超材料结构隔声性能研究
复合型薄膜声学超材料结构隔声性能研究复合型薄膜声学超材料结构隔声性能研究随着城市化进程的加快和人口密度的增加，噪声污染已成为一个日益突出的问题。
为了改善生活质量，人们对隔声材料的要求也越来越高。
传统的隔声材料，如波纹板、减振器等，具有隔音效果，但占用空间较大，且施工复杂。
为了解决这一问题，学者们开始研究声学超材料的应用。
声学超材料是一种结构复杂、功能多样的材料，具有优异的隔声性能。
在传统材料基础上的创新，使得声学超材料成为改善隔声效果的理想选择。
其中，复合型薄膜声学超材料结构的研究备受关注。
复合型薄膜声学超材料结构的设计主要包括三个主要部分：声波传导层、声波折射层和声波反射层。
通过调整这些层的特性参数，可以实现高效的声波隔离和吸收效果。
在设计复合型薄膜声学超材料结构时，声波传导层的选择非常关键。
有研究表明，选择合适的材料能够提高声波传导层的吸声性能。
常见的声波传导层材料有聚酰亚胺薄膜、聚乙烯薄膜等。
这些材料具有良好的隔声性能，能有效减少声波的传播。
声波折射层是决定复合型薄膜声学超材料结构性能的另一个重要因素。
折射层的设计原则是在声波传导层面前设置一个具有特殊折射率的材料层，通过改变声波的传播速度和传播方向来实现隔声效果。
一些研究者利用微孔、细长柱状结构等设计了不同的声波折射层结构，取得了显著的隔声效果提升。
声波反射层是完成复合型薄膜声学超材料结构设计的最后一步。
反射层的作用是将未被吸收的声波反射回原来的传播媒介，从而实现声波的隔离效果。
常见的声波反射层材料有铝膜、金膜等，在特定波长范围内有较好的反射率。
合理选择反射层材料的厚度和结构形式，能够提高声波的反射效果。
综上所述，复合型薄膜声学超材料结构具备优异的隔声性能，适用于解决城市噪声污染等问题。
其设计包括声波传导层、声波折射层和声波反射层三个关键部分。
通过合理选择材料和设计参数，可以取得显著的隔声效果提升。
然而，目前的研究还面临一些挑战，如复杂的结构设计和材料选择等。
材料声学中的超材料设计与优化
材料声学中的超材料设计与优化超材料 (metamaterial) 是指一种人工制造的材料结构，能够在相空间的任意位置展现出不同的局部特征，具有一些传统材料所不具备的特殊物理性质。
材料声学中的超材料主要是指其针对声波的特殊化设计与制备。
在声学领域中，超材料的独特能力可以被广泛应用于音源与监听器的声波控制、声学成像与超分辨成像等方面。
声学超材料的特征从物理和数学的角度来看，超材料可以表示为具有特殊等效参数的一组结构单元集合。
当声波穿过材料时，这些单元上的有效参数即呈现出右手/左手规律 (Right-Handedness/Let-Handedness)，使得材料在特定频率范围内产生正负折射、负折射、透射等等声学特性。
声学超材料主要包括平面超材料、体材料和随机超材料。
除此之外，超材料的魅力还表现在其可调性、功能性以及优异的原子聚集性结构等方面。
这些特征使得声学超材料在理论与实践中都具有很高的潜力。
声学超材料的制备与优化声学超材料的制备首先需要考虑其结构单元的尺寸、形状、排列方式等因素。
一般而言，超材料的单元尺寸应该比声波波长要小得多，以避免散射和拍振。
同时，超材料单元的形状和排列方式对超材料的特性也有一定的影响，这直接涉及到声波在他们之间的散射、透射和反射等现象。
为了优化声学超材料，需要根据其应用目标来针对超材料的参数进行调整。
其中，最为常见的优化方式包括光学设计、电感-电容分析法及模拟等方法，这些方法都会针对不同的超材料特性进行优化。
目前，声学超材料的最大难题在于其制备技术的限制，同时也需要我们更加深入的探究其物理特性，以实现超材料的更加精细化设计和优化。
声学超材料的应用场景声学超材料具有较广的应用场景。
在声学信号的传输和控制方面，超材料可以有效地消除声波的阻尼现象，从而可以用于控制声音的传输和吸附，这使得其在通信和防护领域中具有广泛的应用潜力。
同时，超材料的结构特性也使得其可以被用于声波的成像、聚焦和分辨。
双负声学超材料的作用
双负声学超材料的作用
声学超材料是一种人工制造的材料，其具有非常特殊的声学特性。
而双负声学超材料是在特定频率范围内同时具备负折射率和负透射率的材料，对声波的传播和控制具有重要作用。
双负声学超材料可以实现声波的反向传播。
以往，声波只能按照一定的传播规律传递，这限制了声波在某些应用中的发挥。
然而，双负声学超材料可以使声波在材料中以与传统材料截然不同的方式传播，甚至可以实现声波的反向传播。
这不仅有助于制造更高效的超声波传感器和成像设备，也可以为声波通信和声波隐身技术提供新思路。
双负声学超材料可以实现声波的聚焦和透镜效应。
由于其具备负折射率，声波在进入双负声学超材料时会被聚焦，而不是被散射。
这种特性使得双负声学超材料成为一种理想的声波透镜材料，可以用于制造更小型化、高分辨率的超声波成像系统，也可以在声学治疗领域发挥积极作用。
双负声学超材料还可以用于声波的频率选择性。
通过调整材料的结构和参数，可以实现对特定频率声波的选择透过或反射。
这种频率选择性使得双负声学超材料在声波滤波器、隔音设备和噪音控制中具有潜在应用，有助于提高环境噪音的控制效果。
双负声学超材料的作用主要体现在声波传播的控制、聚焦和频率选择方面。
其在超声波成像、声学治疗、声波通信等领域的应用潜力巨大，将为声学技术的发展带来新的突破。
薄膜型声学超材料在减振降噪领域的应用
薄膜型声学超材料在减振降噪领域的应用1. 引言薄膜型声学超材料是一种具有特殊结构的材料，能够有效隔离和吸收声波能量。
在现代社会中，噪音污染已经成为一个严重的问题。
为了解决这一问题，声学超材料被广泛应用于减振降噪领域。
本文将详细探讨薄膜型声学超材料在减振降噪领域的应用。
2. 薄膜型声学超材料的基本原理2.1 声波的传播和吸收声波是通过介质中的分子振动产生的能量传播。
当声波遇到障碍物时，部分能量会被障碍物吸收，而部分能量则会继续传播。
薄膜型声学超材料的设计思想就是利用特殊结构来实现对声波能量的高效吸收。
2.2 薄膜型声学超材料的结构薄膜型声学超材料由多层材料组成，每一层的厚度都是声波波长的一半。
这样做的目的是为了利用波长对声波进行分解，将其能量分散在不同层次的材料中，提高能量吸收效果。
2.3 声学超材料的减振降噪机理薄膜型声学超材料的减振降噪机理是通过两种途径实现的：质量阻尼和振动能量转换。
质量阻尼是指声波在薄膜型声学超材料中的传播过程中，由于材料的摩擦损耗而导致能量损失。
薄膜型声学超材料的多层结构可以增加声波与材料之间的摩擦接触面积，从而提高能量损失的效果。
振动能量转换是指声波在薄膜型声学超材料中与材料之间的相互作用过程中，将声波能量转化为材料内部的振动能量。
薄膜型声学超材料的多层结构可以将声波的能量逐层转换，从而降低传播的能量。
3. 薄膜型声学超材料的应用案例3.1 建筑工程领域薄膜型声学超材料在建筑工程领域广泛应用于隔音墙和隔音窗的设计和制造。
通过在隔音墙和隔音窗的结构中嵌入薄膜型声学超材料，可以有效地降低外界噪音对建筑物内部的干扰，并提高室内的声音质量。
3.2 高速列车噪音控制在高速列车行驶过程中，由于空气动力学效应和轮轨接触噪音等原因，会产生较高的噪音。
薄膜型声学超材料可以应用于高速列车的车身和轮轨之间，通过减振降噪的效果，显著降低噪音产生和传播。
3.3 电子产品噪音控制许多电子产品在工作时会产生噪音，影响用户的使用体验。
声子晶体与声学超材料专科
声子晶体与声学超材料专科声子晶体与声学超材料，这个话题听起来挺高大上的，但其实它们就像我们日常生活中的隐形小帮手，真的是不得不提啊！想象一下，你在一个热闹的咖啡馆，耳边满是嘈杂的声音，突然有一块神奇的材料把那些噪音给挡住了，剩下的就是清脆的音乐声和朋友的笑声。
这种奇妙的感觉，正是声学超材料带给我们的恩赐。
哎，声子晶体呢，简单来说就是那些能操控声波的材料，听起来是不是很酷炫？声子晶体就像是声波的魔术师，能够控制声波的传播。
它们的构造非常精巧，能让声波在特定的频率下“停下来”，就像你在海滩上看到的沙子，波浪来了又退去，那些波动其实就是声波的影子。
通过设计声子晶体的结构，我们可以让声波在某些区域聚集，或者完全被反射。
这就像是在玩拼图，一块块地组合在一起，最终形成了一个既美观又实用的结构。
说到声学超材料，这可不仅仅是为了隔音哦！想象一下，有一天你走在街上，身边的建筑物都能主动“听”你的指令，调节声音的传播。
听起来是不是像科幻电影里的情节？其实这并不是天方夜谭。
科学家们正在努力研究这些材料，想要让它们能在各个领域大展拳脚。
从建筑到交通，再到医疗，声学超材料的潜力真的是无穷无尽啊。
声子晶体和声学超材料的结合，真的是个了不起的创意。
它们能在一起合作，形成一种新的材料，称为“声子带隙材料”。
这种材料能够“封锁”某些频率的声波，就像是有个无形的门，只有特定的声音能进来。
这就意味着，在嘈杂的环境中，我们可以选择性地聆听自己想听的声音，而把那些烦人的噪音统统挡在外面。
简直就是为我们的生活增添了不少便利，想想就觉得太幸福了！研究这些材料也不是一帆风顺。
科学家们要花费大量的时间和精力去实验，调试各种参数。
一不小心就会失败，像做菜时加错了调料，结果味道全变了。
不过，正是这些挑战才让他们更有动力去探索，去尝试新的方法，创造出更多令人惊叹的成果。
科学的世界就像一场大冒险，充满了未知和惊喜，让人欲罢不能。
这类材料的应用也越来越多，像是在建筑方面，它们可以帮助设计出更好的隔音墙，保证我们在家里享受宁静。
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1超材料1.1概述超材料(Metamaterials)指的是一种特种复合材料或结构，通过在材料关键物理尺寸上进行有序结构设计，使其获得常规材料所不具备的超常物理性质。
超材料由自然材料制成的“积木块”(尺寸为微毫米级)构成。
这些“积木块”称为人工原子(meta-atoms)，当不同的人工原子组合在一起时，会形成单个人工原子所没有的材料属性和功能特征。
一般情况下，常规自然材料的物理属性取决于构成材料的基本单元及其结构，例如原子、分子、电子、价键、晶格等。
这些基元与显微结构之间存在关联影响。
因此，在材料设计中需要考虑多种复杂的物性因素，而这些因素的相互影响也往往限定了材料性能固有极限。
为此，超材料设计从根本上摒弃了自然原子设计所囿，利用人工构筑的几何结构单元，在不违背物理学基本定律的前提下，以期获得与自然材料迥然不同的超常物理性质的新材料。
简言之，超材料是一大类型人工设计的周期性或非周期性的微结构功能材料，具有超越天然材料属性的超常物理性能。
超材料借助人工功能基元构筑的结构设计源起于(但不限于)对自然材料微结构的模仿，从而获得为人类所希冀的负折射、热隐身、负刚度、轻质超强等天然材料所不能呈现的光、热、声、力学等奇异性能。
从这个角度讲，超材料的结构设计理念具有方法论的意义，解除了天然材料属性对创造设计的束缚。
尽管这一理念早在上个世纪就已在电磁领域初具雏形，不过直至近十年来，方才开启研发电磁波的调控，以实现负折射、完美成像、完美隐身等新颖功能。
随着先进制造技术的进步，具有更多样化、更新奇力学特性的力学超材料物理模型也相继不断展现。
尤其是当超材料的个性化独特微结构设计与3D打印制造技术形成了完美的契合之时，两者之间相互整合协同创新，正开启全面推进材料创新设计和制造的新格局。
1.2超材料类型及研究现状材料的属性，不是仅仅由一种物性决定，也不是几种晶体学特性的总和，或是一系列的微尺度晶界工程特性来决定的，而是由材料晶体结构各个单元之间的本构关系，也就是不同晶格单元之间如何组合的结构拓扑关系所决定的，而这些外在表现出来的宏观物理学的行为属性，发挥着其应有的可利用价值。
超材料的人工几何结构设计，其中一个显著特点正是从有条理简单的线性体系上升到非线性系统，如光学超材料基于非线性光学对电磁波进行调控等。
1.2.1光学超材料光学超材料能够控制电场和磁场，从而可以在正值、负值和接近零值的范围内精确调整介电常数和渗透率。
通过对亚波长“人工原子”的精心设计，光学超材料实现了负折射、低于光的衍射极限的光学透镜和隐形效应。
电磁波调控可包括数字可编程、光开关、可记忆功能、信息处理器件以及自旋电子器件等。
占应用主导的光学超材料，也适用于在不同频段产生响应的超表面柔性基底大变形及其等离子激元器件。
光学超材料在信息技术应用方面以负折射材料最为典型，它可以获得没有衍射极限的完美透镜，因而对任何微细图形进行多次复制，这对微电子技术将产生重要影响。
光学超材料可调控包括太赫兹在内的不同频段电磁波，其应用范围越来越广泛，包括隐身衣、电磁黑洞、雷达幻觉器件、远场超分辨率成像透镜、新型透镜天线、隐身表面、极化转换器、混合集成电路等军事国防领域。
1.2.2声学超材料与光学超材料类似，声学超材料是通过人为设计由两种或以上材料构成周期性/非周期性几何结构，其结构单元尺寸远小于波长，该人工结构功能材料可以在长波极限下反演得到相应的有效弹性参数。
声学超材料也展现了许多奇异的物理现象和超常规声学效应，如声波低频带隙、声负折射、声聚焦、声隐身、声定向传输等。
在非线性领域，非谐振声传输线超材料可呈现双负本构参数，并且不依赖于谐振微单元，具有宽频带和低损耗等优势。
结合变换声学和线性坐标变换，可以设计出各向异性的材料参数，以获得声波的隐身效果。
这种调节材料有效参数的方法可以应用到其他变换声学的领域，比如设计声波全向吸收体、声全向偶极辐射、声波幻象或者在声波中实现类光的一些新奇效应等。
声学超材料可应用于人工声子带隙材料和吸声材料。
人工声子带隙材料可以与仿生学结合，比如人耳识别系统、果蝇定向系统、蝙蝠定位系统等。
吸声材料对于音频声学，水下超声的吸声层消声瓦等水声学，实现薄层、低频、宽带的吸声效应。
此外，还可用于实现亚波长声学信息处理的超高分辨率声透镜、声学器件集成和声场微尺度调控，在分子医学超声成像、微纳结构无损检测等方面都有很强的应用背景。
1.2.3热学超材料自然材料的热导系数在空间均匀分布，热量从温度高的一端直线流向温度低的一端。
这是人们所熟知的热传导模式。
借助于已经成熟的光学超材料对光波的调控机理，基于对宏观热扩散方程的空间变换，热学超材料可以实现热流的“空间压缩”，从而调控热流方向。
通过构造不同空间分布的非均匀热输运介质，可实现对热流方向的精确控制，使得热流可以绕过目标物体或者聚焦于目标物体，产生诸如热隐身、热反转、热汇聚以及热伪装等奇特功能。
热学超材料是可感知外部热源并主动响应、人工构造而实现热导系数非均匀分布的功能材料，主要可用于微纳米结构的热电转换，如控制热流和利用热能，以及利用声子进行信息传输和处理。
其中热二极管、热三极管、热逻辑门、热存储器等概念，奠定了声子学的理论基础。
为此，热能超材料将会在很多领域有巨大的潜在用途，如建筑节能材料、太阳热能利用、新一代低能耗绿色微/纳米电子器件、隔热保护、热辐射伪装、废热回收和应用、控制热量定向辐射可制成航空器(卫星)蒙皮等。
此外可以同时控制信息和热能耗散，这将是未来低能耗绿色电子器件的发展方向。
1.2.4力学超材料力学超材料是基于多孔、手性/反手性、五模式等复杂拓扑结构来调控弹性波的一类新兴超材料。
利用3D打印技术可以制造个性化多样化的不同几何结构材料，图3显示的是正负泊松比可编译调节在-12到12之间的负泊松比拉胀材料。
其呈现的高压痕抵抗性、抗剪切性、能量吸收性和断裂韧性，可有效地应用于形状记忆和生物假体等组织工程和生物医疗。
这些新型的静态弹性力学超材料将在复合材料工业应用、拉胀滤网、拉胀纤维、航空航海材料、深海抗压材料，新型吸声抗震材料、防弹衣等方面有广泛应用前景。
比如利用拉胀材料结合变换光学，实现压力智能控制的微波隐身材料。
1.2.5负热膨胀超材料大部分自然材料热膨胀系数为正值，即体积会随着温度的增加而变大，在温度下降时体积也会减小。
存在一些特殊材料，某个温度区间内热膨胀系数为负数的材料，称之为负热膨胀材料。
不过这类自然材料可调控的温度空间比较窄，尤其是在外部空间中从-150℃到150℃，出现较大的温度波动应用时。
为此，负热膨胀超材料是指一类人工构筑的几何结构材料，当被加热时整体几何结构中出现一个方向或是多方向的收缩效应，并拓宽从正值到负值的热膨胀系数范围。
在室温下表现出的负热膨胀的力学超材料具有多种应用，主要用于控制各种复合材料的整体热膨胀。
具有低热膨胀系数的材料对温度变化不太敏感，因此在诸多工程领域中都是有需求的，例如精密仪器、扫描电子显微镜、柔性电子设备、生物医学传感器、热致动器和微机电系统。
低热膨胀系数材料在航空航天部件中也特别重要，例如天基镜和卫星天线，这些部件构建在地球上但在外部空间中操作，其中宽温度波动可能导致不希望的形状和尺寸收缩。
负热膨胀系数超材料可调节零或负热膨胀系数，可用于卫星天线、空间光学系统、精密仪器、热执行器和微机电系统，提高可调温度范围至1500℃，提高负热膨胀系数30%，可达到高温条件下材料零膨胀特性。
1.3超材料的应用前景基于思想实验的超材料研究充满了创新的机遇与创意的美感，为科学原理在诸多领域的应用提供广阔的空间，也为解决人类面临的重大技术和工程问题提出了一种崭新的思路。
我国超材料产业正处于风起青萍之末。
现有智能超材料的产业应用虽说多限于军事国防、部分公共设施等少数领域内，尚未在国民经济相关领域得到大规模推广，不过未来不会仅限于此，超材料产业可以更具多样化。
如太赫兹超材料技术在石油勘测，可编程可穿戴超材料在纺织品工业，无线充电光学超材料在电动汽车等交通工具，电磁超表面在航空航天蒙皮材料，以及在移动通信中的无线信道技术等。
这些愿景无疑有助于鼓励一批创新能力较强的超材料骨干企业向纵深和多元化发展。
未来十年，电磁超材料将在原理摸索和工程应用相结合的基础上，实现大规模产业化。
在智能超材料领域，超材料微结构单元或群体将具备自感知、自决策、可控响应等功能，通过与数字网络系统深度融合，形成材料级的CPS系统，并结合大数据技术，实现材料领域的突破式质变。
未来十年，智能超材料技术将完成工程产品的全面转化，并在复杂电磁环境下联合智能作战平台、智能隐身装备、智能可控电磁窗、下一代雷达、立体电子战、飞行器智能网络、车辆交通智能网络、可穿戴设备智能网络、超材料智能物联网等实现颠覆式产业应用。
在隐身作战方面，随着各类隐身结构件及隐身电磁窗设计技术的不断成熟，武器装备在红外波段到P、VHF波段的隐身性能全面提高，被雷达探测距离有望缩短90%以上。
同时，电磁超材料的设计、仿真和加工能力将大幅提升，工作频谱将从微波进一步拓展到毫米波、太赫兹、光波段等；超材料的形式也由无源被动向智能可控、数字化可编程等主动方式演变。
在天线方面，低成本、轻量化的共形天线设计技术将更为成熟，具备低副瓣、宽频带、低色散、可变覆盖范围等超出传统天线性能的超材料新型天线将全面走向应用。
基于陶瓷和纳米材料等新体系的电磁超材料将日趋成熟，电磁超材料的应用广度和深度将不断拓展。
据预计，全球超材料市场规模可达14.3亿美元；2017-2025年复合年增长率将达63.1%。
超材料研究和应用也将延伸到声、热、力学等领域。
基于声学超材料的新型隔声技术能实现飞机、坦克、运兵车、指挥所，乃至单兵降噪军服和头盔等军事装备的声学隐身；声学超材料有望让潜艇穿上“隐声衣”，从而不被低频声纳和其他超声波设备探测到。
热学超材料因可控热辐射和可控热传导的特异性能，有望为所有的作战单元(包括飞机、舰艇、导弹、单兵等)穿上热隐身外衣，不仅实现热学隐身，更能减少恶劣气候(高寒、酷热)引起的非战斗减员；“热幻象伪装术”还能使作战单元躲避敌方热/红外探测仪侦测。
力学超材料因负泊松比、负压缩转换等特性，可用于制造触觉斗篷、耐压缩/耐拉伸材料、弹性陶瓷、可编程橡胶海绵、轻质高强材料等，在耐疲劳发动机零件、防震动蒙皮、航空航天轻质高强结构等领域有广泛应用前景。
2声学超材料2.1概述声学超材料和电磁超材料相对应，是指具有负等效质量密度和负等效模量的人工亚波长结构。
它能够实现声波的负折射、声聚焦、超透镜、隐身等许多新奇特性。
2000年，Liu等人通过研究局域共振声子晶体，首次实现了声学超材料。
该局域共振理论实现了比声子晶体布拉格散射机理频率低两个数量级的人工带隙，而该带隙所对应的声学等效参数——等效质量密度为负。