“超材料（metamaterial）”指的是一些具有人工設(shè)計的結(jié)構(gòu)并呈現(xiàn)出天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的復(fù)合材料?！俺牧稀保∕etamaterial）是21世紀(jì)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(jié)構(gòu)  。

      超材料的設(shè)計思想是新穎的，這一思想的基礎(chǔ)是通過在多種物理結(jié)構(gòu)上的設(shè)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(shè)計思想昭示人們可以在不違背基本的物理學(xué)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(shè)計和開發(fā)帶入一個嶄新的天地  。典型的“超材料”有：“左手材料”、光子晶體、“超磁性材料”  、“金屬水”。

      六類超材料

      1、自我修復(fù)材料——仿生塑料

      伊利諾伊大學(xué)的Scott White研發(fā)出了一種具備自我修復(fù)能力的仿生塑料。這種聚合物內(nèi)嵌有一種由液體構(gòu)成的“血管系統(tǒng)”，當(dāng)出現(xiàn)破損時，液體就可像血液一樣滲出并結(jié)塊。相比其他那些只能修復(fù)微小裂痕的材料，這種仿生塑料可以修復(fù)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)出了一種熱點(diǎn)發(fā)電機(jī)，它可被直接插入普通發(fā)電機(jī)的排氣管，從而把廢熱轉(zhuǎn)換成可用的電力。這種發(fā)電機(jī)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(dá)到5-10%的能效  ?？茖W(xué)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(yīng)用——比如在太空飛船上——但方鈷礦具備廉價和能效高的特點(diǎn)，可以用來包裹汽車、冰箱或任何機(jī)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。科學(xué)家認(rèn)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(jié)構(gòu)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(dāng)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(dāng)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(jié)構(gòu)也賦予其超高的強(qiáng)韌性  。

      NASA的科學(xué)家已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)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(dǎo)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(shí)現(xiàn)的特性：100%的導(dǎo)電率  。

      Stanene在2013年由斯坦福大學(xué)張首晟教授首次進(jìn)行了理論化。預(yù)測Stanene這類材料的電子屬性是張教授的實(shí)驗(yàn)室所擅長的領(lǐng)域之一，根據(jù)他們的模型，Stanene是一種拓?fù)浣^緣體，也就是說，它的邊緣是導(dǎo)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(dǎo)電  。

      6、光操縱材料

      光操縱超材料的納米結(jié)構(gòu)能夠以特定的方式對光線進(jìn)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(shí)際上，任何一種電磁頻譜都能被超材料所控制。

     來源：中國絕熱節(jié)能材料協(xié)會