超材料一点介绍

一、超材料应用前景广阔

超材料是指人工电磁材料，是一种人工结构的功能性材料，通过对传入材料的电磁波做人为调制，改变传统的传波方向或大小，可能使材料出现人类前所未见的属性和性能。目前超材料可用于天线、吸波材料等，是国内外的研发热点，人们可以通过各种层次的有序结构实现对各种物理量的调制，从而获得自然界中在该层次上无序或无结构的材料所不具备的物理性质。

超材料独特的电磁性能已经吸引了来自不同领域的研究者研究。反过来，这种趋势又将推动超材料的迅猛发展。在十余年间，人们就已经有很多多的突破与进展，包括负折射率、超级透镜、隐身斗篷已及零折射率等。其它的很多吸引人心的发现也等待着人们的探索。可以预见，在将来的科学与技术领域，超材料必将有巨大的突破，就像曾经高分子材料与纳米材料一样，将极大地推动科学技术的极大进步。在超材料中，发展最快应用前景最广的当属负折射率材料和光子晶体。负折射率材料主要是基于左手材料、超透镜、隐形斗篷与零折射率超材料的研究；而光子晶体是由具有不同反射率的材料在空间交替构成的一种周期结构。。随着研究的深入，人们发现超材料不仅能够用来

实现双负介质，而且零折射率介质、高折射率介质等都已随着发展进入了研究者的视野中，其应用前景十分广阔。

左手材料是近年来新发现的某些物理特性完全不同于常规材料的新材料，产生逆多普勒效应、逆Snell折射效应、逆Cerenkov辐射效应以及“完美透镜”等奇异的电磁特性。这些特性可望在信息技术、

军事技术等领域获得重要应用，这将在核磁共振成像、光存储和超大规模集成电路中的光刻技术等诸多方面得到应用。

而光子晶体对光通讯中的信息处理有重要的意义。值得指出的是，由于光子晶体材料自身给出了一种材料平台，人们可以在同一块光子晶体“芯片”上实现各种不同的有源和无源器件，并将这些集成。这为未来的集成光子学技术提供了广阔的发展前景。

目前的研究集中于研究各种波与特殊设计的共振器阵列的交互应用。主要目标是利用这些共振器与连续波的强烈反应大幅改变波的传播特性。将促折射材料和光子晶体等技术结合起来，对未来的太阳能应用也具有重大意义，可以研发用于制作太阳能电池的研究，可大大增加电池的蓄电能力。

但是在目前，离到真正大规模的生产与使用还有许多的难题有待克服，这也将成为未来超材料研究的主流方向并能有很多重大突破的领域。

二、产业涉及面广，全世界都在推。

超材料自问世之日起就受到了科学家们的广泛追捧，在国内外很多领域都可以看到其踪迹。此前，美国科学家们已经使用超材料制造出了声学双曲透镜，这种透镜有助于将超音波与声纳系统的影像分辨率提升8倍；超材料也被用来阻挡噪音、让不同波长的光线弯曲、让物体隐形等。美国、德国等高校正在使用新颖的超材料，试图研制出一种新式“超材料透镜”，以更好地控制穿过透镜的光线，从而提高无线电力传输的能量和效率。超材料在传输无线电力的同时可避免微

波或激光造成的干扰。如果用此方法给手机、大功率的微波炉甚至激光设备充电，就要传输更多电力。

随着国内外研究人员对左手材料进一步地分析与研究，使得许多国际上的研究者开始渐渐接受和承认这样一种具有反常特性的人造材料。此外，许多军工部门、公司和研究机构开始设立专门的研究项目来探索这种人造介质材料的结构、特性和应用。例如，联合国已经启动了射频左手材料的研究项目，项目中结合了Imperial大学Pendry 的研究工作的Marcconi研究；美国一些军工企业也开始了这种材料的研究；波音公司主持了一个美国国防部高级研究计划局联盟来集中研究吉赫兹频段的负折射率；美国加利福尼亚大学的洛杉矶分校则主持了另一个美国国防高级研究计划局联盟：欧洲联盟也投资了一个协会来负责新兴技术项目，其中就包括左手材料。

而美国肯特大学、美国宾州州立大学以及科罗拉多州大学就液晶领域开展了超材料研究。通过液晶的自适应特性，可以得到奇异特性的超介质，广泛应用于超快光开关等领域。另外，可控性超材料是最近几年的热点，美国洛斯阿莫斯国家实验室就如何使用超材料来调控太赫兹波(Terahertz)开展深入研究。这一研究可以有效地填补人们尚未完全了解的太赫兹波段，在航空航天、环境监测等方面都有广泛应用。

英国南安普顿光学中心是超材料、等离子体方面的绝对权威，其对非线性超材料、量子超材料，以及和超导结合的超材料的研究都极大地拓展了超材料的研究领域。

国际上关于超材料领域的研究起步较新，国内在这方面拥有很多新成果和专利。当前最迫切要做的是提升超材料电磁特性，并为这些特殊属性与业界所需要的电磁功能服务找到结合点，提供应用和产业化的契机。

由于超材料设计的研究领域越来越广，尚有很多问题没有涉及或虽有涉及而研究不够深入，仍需要进一步充实。在隐身、变换光学方面，国内的一些团队已经取得了国际领先的成果；但在可调控、自适应超材料，非线性超材料，量子超材料领域仍然处于发展阶段，与国际知名的院校、实验室还有相当大的差距。我们应多建立国际交流合作，提高国内在超材料领域研究的水平。

扶持战略新兴产业的政策

江苏北京上海山东