Ⅶ　企业和高校携手共同探索人造超材料
（Industry, Universities Team To Explore Man-Made Metamaterials）

        作者：大卫•克鲁斯／David Crouse

        继复合材料之后，科学家们又把目光聚焦到了“超材料”(metamaterials)上。从“完美透镜”到“隐身斗篷”，纳米“超材料”展现了其独有的特性和广阔的应用前景。
        尽管复合材料已经为航空航天行业结构件制造带来了新的气象，使得新一代飞机在减重方面有了突破性的进展，但科学家们并不满足于现状，他们正在研发一种“超材料”，它在光学、电子和声学特性方面比现有的材料更为卓越，并且科学家通过纳米技术已将该材料用于“完美透镜”和隐形斗篷的制造。一向走在尖端技术前沿的美国航空航天行业，目前正在通过行业与高校合作的方式深化对这种新材料的研究，以期实现新的技术突破。
        一、何为“超材料”
        所谓“超材料”指的是一些采用人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。从本质上讲，超材料采用了更新颖的材料设计思想，这——思想的基础是通过在多种物理结构上的设计来突破某些自然规律的限制，从而获得超常的材料功能。超材料的设计思想昭示人们可以在不违背基本物理学规律的前提下，人工获得与自然界中的物质具有迥然不同的超常物理性质的“新物质”，把功能材料的设计和开发带人一个崭新的天地。
        目前，科学家们所掌握的超材料的特性包括：它可以实现不同方向光束的弯曲，可以汇聚光线，或在目标周围编织光束，这种材料可以一种崭新、高效的方式过滤和处理光线，而这些特性是普通材料所不具备的。
        应用材料的这些特性，科学家们已经成功研制了“完美透镜”，（完美透镜是利用负折射材料，又称左手材料，使人们可以观测到物体表面的精细信息）。它克服了常规透镜光学衍射极限，成就了高性能成像系统。此外，超材料还被成功应用于研制  “隐身斗篷”（使目标看不清，或从理论上说完全看不见）、高性能传感器、基于纳米等离子的高速电子器件、光捕获和可再生能源装置、天线和雷达罩、高频战场通信系统、智能太阳能管理、电磁屏蔽和声学滤波以及处理装置等。
        超材料所表现出来的超常的介电常数、磁导率或折射率等特性，在自然界的材料中是不存在的。这些特性通常来自于亚波长级元件构成的材料或复合材料产生共振的结果。相对于电磁辐射波长而言，这些元件（亚原子) 越小，则对应的波长越短，超材料性能则越好，它可以被加工成为一种真正的全新材料，具有更加广泛的用途。
        二、超材料未来的应用
        目前，这些新材料及其用途已经引起工业界的关注。不同行业的企业都已经开始寻求这种新材料所能带来的新机遇。航空航天行业对此表现出的兴趣与日俱增，尤其是在天线制造领域。虽然，目前天线的性能能够满足需求，但在过去的几十年里，除了在精确建模技术上的进步之外，这个领域并没有太大的变化。
        如果能将超材料应用到天线制造上，将有助于提高卫星天线的性能，减小天线尺寸并降低重量。由于减小于存放电池太阳能采集板的空间，飞船的重量也会相应减小，因此能够提高能源效率，从而最终减少进入太空的成本。
        超材料还可以缩小射频孔径尺寸和降低重量，提高信号增益，让光学部件扁平化，也可以制作超薄隔声墙。在军事领域，这些新材料能用来改善隐身技术。超材料终极应用理念是让一个目标“隐身”，或让雷达探测不到，或让人眼发现不了。
        然而，由于超材料是一种刚刚出现的技术，在相关的工业应用实现之前，还需要做大量探索性的工作。新成立的超材料中心（CfM）通过美国国家科学基金的工业／大学协同研究中心计划，与四所科研技术领先的高校（纽约城市大学、夏洛特北卡罗来纳大学、西卡罗来纳大学和克莱森大学）合作，共同开启对超材料的研究工作。目前，超材料中心的成员包括航空航天业的巨头雷神公司、诺斯罗普•格鲁门公司以及美国空军等。
        这种行业与高校协作的模式是这个新兴领域实现技术上突破的保证。有了这种合作，在不久的将来我们就能看见“超材料”应用所带来的好处，从天线的小型化到“超级透镜”和“隐身斗篷”，改变将会发生。