在材料科學領域，有一種特殊的合成材料，它可以在常溫常壓下實現(xiàn)超導、超彈、超輕等多種性能，甚至可以自我修復。這種材料被稱為“超材料”，其革命性僅次于室溫超導，有可能導致多種金屬“下崗”，并開啟一個全新的科技時代。那么，這種超材料是如何制造出來的？它有哪些優(yōu)勢和應用前景？本文將為您介紹。

什么是超材料？

“超材料”一詞最初由美國德克薩斯州大學奧斯汀分校 Rodger M. Walser 教授提出，用來描述自然界不存在的、人工制造的、三維的、具有周期性結(jié)構(gòu)的復合材料1。超材料通過對材料關鍵物理尺寸上進行有序結(jié)構(gòu)設計，使其獲得常規(guī)材料不具備的超常物理性質(zhì)。例如，超材料可以實現(xiàn)負折射率、負折射指數(shù)、負磁導率等反常現(xiàn)象，從而改變電磁波、聲波、熱波等波的傳播規(guī)律。

超材料涉及眾多學科領域，如物理、化學、光電子學、材料科學、半導體科學以及裝備制造等，是全球最前沿、最具有戰(zhàn)略性意義的研究課題。被美國《科學》雜志列入本世紀前10年的10項重要科學進展之一，同時《Materials Today》雜志也稱其為材料科學50年中的10項重要突破之一。

如何制造超材料？

超材料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。

由于超材料基于精密的物理結(jié)構(gòu)和尺寸大小，具備獨特的功能價值和使用價值，因此發(fā)達國家的政府、學術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界對超材料技術(shù)的研發(fā)給予高度重視，制定了相關計劃，投入了大量人力和物力。目前，在超材料研究方面，美國、歐洲、日本、俄羅斯等國家處于領先地位，而中國也在近年來加大了投入和支持，取得了一些重要的進展。

超材料有哪些優(yōu)勢和應用前景？

超材料的優(yōu)勢在于它可以突破自然界的限制，實現(xiàn)人們所期望的各種性能。例如，超材料可以實現(xiàn)超導性，即在無電阻的狀態(tài)下傳導電流，從而大幅度提高電能的利用效率和節(jié)約能源；超材料可以實現(xiàn)超彈性，即在受到外力作用后能夠完全恢復原狀，從而增強材料的耐久性和安全性；超材料可以實現(xiàn)超輕性，即在保持強度和剛度的同時降低質(zhì)量，從而減少材料的消耗和運輸成本；超材料還可以實現(xiàn)自我修復性，即在受到損傷后能夠自動恢復功能，從而延長材料的使用壽命。

超材料的應用前景無比廣闊，涉及國防科技、工業(yè)、航空航天等領域，具備一定的戰(zhàn)略價值。例如，在國防領域，超材料可以實現(xiàn)隱身技術(shù)，即使武器裝備對雷達、紅外、聲波等探測手段不可見或不可識別，從而提高作戰(zhàn)能力和生存能力；在工業(yè)領域，超材料可以實現(xiàn)完美透鏡技術(shù)，即使光線或其他波可以聚焦到遠小于波長的尺度，從而提高成像質(zhì)量和分辨率；在航空航天領域，超材料可以實現(xiàn)可變形機翼技術(shù)，即使飛行器可以根據(jù)空氣動力自動改變形狀，從而提高飛行效率和靈活性。

總之，超材料是一種具有多種性能的合成材料，它是通過對材料結(jié)構(gòu)進行精密設計和制造而實現(xiàn)的。超材料具有突破自然界限制的優(yōu)勢，有可能導致多種金屬“下崗”，并開啟一個全新的科技時代。超材料的應用前景廣闊，涉及國防、工業(yè)、航空航天等領域，具備一定的戰(zhàn)略價值。目前，各國都在加大對超材料技術(shù)的研發(fā)投入和支持，力求占得先機。

超材料是一種具有多種性能的合成材料，它是通過對材料結(jié)構(gòu)進行精密設計和制造而實現(xiàn)的。超材料具有突破自然界限制的優(yōu)勢，有可能導致多種金屬“下崗”，并開啟一個全新的科技時代。超材料的應用前景廣闊，涉及國防、工業(yè)、航空航天等領域，具備一定的戰(zhàn)略價值。目前，各國都在加大對超材料技術(shù)的研發(fā)投入和支持，力求占得先機。

超材料的發(fā)現(xiàn)給社會帶來了以下幾方面的影響：

· 超材料可以實現(xiàn)隱身技術(shù)，即使武器裝備對雷達、紅外、聲波等探測手段不可見或不可識別，從而提高作戰(zhàn)能力和生存能力。這對國防安全和軍事競爭具有重要意義，也可能引發(fā)新一輪的軍備競賽和沖突風險。

· 超材料可以實現(xiàn)完美透鏡技術(shù)，即使光線或其他波可以聚焦到遠小于波長的尺度，從而提高成像質(zhì)量和分辨率 。這對信息技術(shù)、光電子學、微電子學、生物醫(yī)學等領域具有巨大的推動作用，也可能帶來新的隱私和安全問題。

· 超材料可以實現(xiàn)可變形機翼技術(shù)，即使飛行器可以根據(jù)空氣動力自動改變形狀，從而提高飛行效率和靈活性。這對航空航天領域具有創(chuàng)新性的貢獻，也可能改變未來的交通方式和環(huán)境影響。

· 超材料可以實現(xiàn)超導性、超彈性、超輕性、自我修復性等多種性能，從而大幅度提高電能的利用效率、節(jié)約能源、增強材料的耐久性和安全性、減少材料的消耗和運輸成本、延長材料的使用壽命等 。這對工業(yè)、新能源、環(huán)保等領域具有革命性的影響，也可能帶來新的社會和經(jīng)濟問題。

當然，這種材料是不是該公司說的那么神奇，究竟是不是靠譜，我們現(xiàn)在還不知道，畢竟才看到它的第一個應用，實踐是檢驗真理的唯一標準，或許不久的將來，我們就能知道了。