超材料是什么？“哈利波特的隐形衣”常常被拿出来直观解释这个问题，作为一种被认为具有颠覆性意义的材料，超材料的应用又绝不仅仅在于“逆光隐身”这一项，在不远的将来，它将在诸多领域改变我们的生活。可以说，有了超材料，童话将成为现实。

    人工创造新物质

    “改变物质的结构有两种方式，一种是自然作用，自然界原本就有若干种元素，还有分子和晶体、非晶体的排布形式，这些构成了自然界的材料。还有一种是人工的方式，在人类技术手段可改变的层次和尺度上进行物质重构，人的方式和自然的方式不一样，可以创造出自然界不存在的新物质、新材料，具备远超自然界物质特性的新特性。”在近日由中国复合材料学会承办的第99期中国科学技术协会“新观点新学说”学术沙龙上，深圳光启高等理工研究院的高级科学家岳玉涛解释了何为超材料。

    迄今为止，我们所使用的大部分材料都是建立在天然物质改进提高的基础上。例如，远古时代的人们在劳动中发现泥入火中，松软变为坚固，他们用泥土这种材料烧制砖瓦建造容身之所，烧制碗罐储存食物。后来，人们发现使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力就可以提高玻璃的强度与承载能力，从而诞生了应用于家具、建筑门窗等的钢化玻璃材料。然而随着材料设计和制备技术不断改进提高，对天然材料各种性质和功能的进一步发掘与利用的潜力空间逐渐缩小并趋于极限，依托于人工之手制造超材料的思想应时而出。

    作为21世纪物理学领域出现的一个新学术名词，顾名思义，超材料即“具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料”。

    计算机编写新材料“DNA”

    那么，我们又通过什么样的手段获取这种与众不同的排列方式呢？

    “计算机技术和微纳米加工技术可以说是‘父与母’，生了超材料这个‘儿子’。”岳玉涛以形象的比喻追溯了超材料诞生的奥秘。

    实际上，超材料科学就是由两个技术的交叉产生的，一个是计算机技术，一个是微加工技术。计算机技术从需求和用途出发，逆向把超材料的内部结构设计、计算出来，可以称之为“父亲”，而微纳米加技术是把实体材料生产出来的过程，因而是“母亲”。

    超材料很重要的一个特征，是在某一个微结构层次上，通过人工的设计实现性能的提升。这些人工微结构有千千万万个，可以用一个巨大的数据库归纳起来。很多不同的微结构以某种形式组合在一起，最终就会形成一种拥有特定功能的优异新材料，而这些微结构与数据库对应，就有一个编码，每种材料对应着一系列的编码，就像人的基因DNA一样，一个特定的基因编码就决定了一种材料的特征。当需要具有特定功能的新材料时，可以通过庞大的超级计算机编写出来其“DNA”序列，进而通过微纳米加工技术生产出新材料。

    超材料融入百姓生活

    目前，超材料在各行各业已有广泛应用。在卫星通信领域，依托于超材料生产的卫星天线更轻、更薄、更便宜，可为飞机、火车、船舶、汽车以及其他远离移动网络的平台提供宽频的卫星通信，使人们在飞机上能享受到更快、更便捷的网络连接服务。除此以外，在不久的将来，可自我修复的材料、热电材料、气凝胶材料、导电率100%的超导材料和光操纵材料等也将分别以各种应用形式走入大众生活。例如，英国布里斯托大学的研究者发明了一种具备自我修复能力的显示屏材料，有望在未来几年被应用到智能手机上。如果成真，即便摔碎了手机屏幕，也无需承受昂贵的更换费用，只待其自动愈合即可；而增加了气凝胶材料的冲锋衣，隔热性好，且轻薄、防水、防风，在寒冷的地方也不必穿太厚的冬衣了；光操纵材料则让哈利波特的隐形斗篷变为现实，超材料的纳米结构能够以特定的方式对光线进行散射从而达到隐身的目的。

    造物之手一旦由人类操纵，所产生的能量无疑十分神奇，超材料这种人工创造的新物质，未来必定还会有更令人惊异的用途，这值得人们期待。
 

责任编辑：王元

《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事
投稿联系：编辑部
电话：010-82387968
邮箱：ecorr_org@163.com
中国腐蚀与防护网官方 QQ群：140808414