超材料

超材料——过去十年中人类最重大的十项科技突破之一

狭义上超材料即指电磁超材料,电磁超材料具有超越自然界材料电磁响应极限的特性,能够实现对电磁波传播的人为设计、任意控制。目前该材料被应用在定向辐射高性能天线、电磁隐身、空间通信、探测技术和新型太赫兹波段功能器件等方面。

看好电磁超材料在军工、通信和智能结构等方面的应用前景

电磁超材料在军工领域的应用比较广泛,目前已应用的超材料产品包括超材料智能蒙皮、超材料雷达天线、吸波材料、电子对抗雷达、超材料通讯天线、无人机雷达、声学隐身技术等。

通信领域电磁超材料最具应用前景的就是无线Wi-fi网络,目前光启已进入该领域。

电磁超材料在智能结构中的应用主要有两类:地面行进装备用智能结构和可穿戴式超材料智能结构。智能结构用电磁超材料的市场前景非常广阔

A股超材料主题相关上市公司主要包括:国民技术(300077)、龙生股份(002625)、鹏博士(600804)和鹏欣资源(600490)等,建议重点关注国民技术、鹏博士和鹏欣资源。

超材料

“Metamaterial”是21世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇，近年来经常出现在各类科学文献。拉丁语“meta-”，可以表达“超出…、亚…、另类”等含义。对于

metamaterial一词，目前尚未有一个严格的、权威的定义，各种不同的文献上给出的定义也各不相同。但一般文献中都认为metamaterial是“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”。

迄今发展出的“超材料”包括：“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等。“左手材料”是一类在一定的频段下同时具有负的磁导率和负的介电常数的材料系统(对电磁波的传播形成负的折射率)。近一两年来“左手材料”引起了学术界的广泛关注，曾被美国《科学》杂志评为2003年的"年度十大科学突破"之一。

1原理

超材料的应用与原有的材料制备有很大的区别，以往是自然界有什么材料，就能制造出什么物品，而超材料完全是逆向设计，根据针对电磁波的具体应用需求，制造出具有相应功能的材料。

2特征

metamaterial重要的三个重要特征：

（1）metamaterial通常是具有新奇人工结构的复合材料；

（2）metamaterial具有超常的物理性质（往往是自然界的材料中所不具备的）；

（3）metamaterial性质往往不主要决定与构成材料的本征性质，而决定于其中的人工结构。

3隐形功能

具有讽刺意味的是，超材料曾被认为是不可能存在的，因为它违反了光学定律。然而，2006年，北卡罗来纳州的杜克大学（Duke University）和伦敦帝国理工学院（Imperial College）的研究者成功挑战传统概念，使用超材料让一个物体在微波射线下隐形。尽管仍有许多难关需要克服，但我们有史以来头一次拥有了能使普通物体隐形的方案（五角大楼的国防高级研究计划署[The Pentagon’s Defense Advanced Research Project Agency，DARPA]资助了这一研究）。

4制造研究

超材料获得

不同波长的光线被特殊波导捕获形成彩虹

从metamaterial的定义中可以看出，超材料的性质和功能主要来自于其内部的结构而非构成它们的材料。因此，早期的“超材料”研究与材料科学无缘。无论是左手材料还是光子晶体，最早开展研究的都是物理学家，而此后由于可能的应用，一些电子科学家进入了这一领域。

事实上，要获得理想的“超材料”，“材料”的选择是至关重要的。对于光子晶体材料，人们在实验上长期追求的目标是实现光频段的完全光子带隙。科学家选择了银作为介电背景，银在可见光范围的折射率在0.2-0.4左右，且有很好的透光性。利用化学过程将银引入到聚乙烯微球晶体，结果获得了具有接近完全带隙的光子晶体。利用材料科学的原理，把各种功能材料引入“超材料”系统，有可能获得具有新功能的超材料或器件。

生产制造

不同波长的光线能够被特殊波导的不同位置捕获，形成彩虹

美国与中国台湾科学家利用已广为光学工业界接受的斜角沉积(oblique angle deposition, OAD)技术为基础，发展出一项可以大规模生产光学超材料(metamaterial)的技术。该小组以伯这种技术在硅基板上制作银纳米柱(nanorod)构成的薄膜，该薄膜能以特殊的方式操控光，在光电产业上具有广泛的应用。

超材料引起了不少研究兴趣，主要是因为它具有制作隐形斗蓬(invisible cloak)及超级透镜(superlens)的潜力。然而，截至目前制作出来的超材料只能在有限的频率范围内工作，而且很难大量生产。为克服这个问题，台北科技大学的任贻均(Yi-Jun Jen)等人采用了斜角沉积法来制作超材料。

斜角沉积法顾名思义是在真空中以倾斜角度将薄膜材料沉积在基板上。任贻均等人先以电子轰击银块材使其气化，然后让银蒸气沉积在2英寸厚的硅基板上，通过调整基板的倾斜角度，让银在自我遮蔽效应(self-shadowing effect)作用下，优先朝蒸气注入的方向生长成纳米柱。

长成的银薄膜厚240 nm，银纳米柱长650 nm、宽80 nm，并与基板法线夹66度角。研究人员以波长介于300至850 nm的光照射样品以测量其光学特性，结果发现在波长介于532至690 nm间会产生负折射，而理论上该系统在可见光波段(380-750 nm)都会产生负折射。

宾州州立大学的Akhlesh Lakhtakia表示，虽然其它团队也曾制作这类薄膜，但从未有人采用双轴介电-磁性材料(biaxial cielectric-magnetic material)。他指出，由于斜角沉积法是一种平面技术，它应该能轻易地与微电子制程整合。该团队接下来将研究薄膜形貌的影响，并开始研发层状结构以降低能量的衰减。[1]

5应用研究

零折射率超材料

一个国际科研团队研制出了一种新的光纳米结构，使科学家能操纵光的折射率并且完

全控制光在空气中的传播。最新研究证明，光（电磁波）能通过人造媒介，从A点无任何相变地传播到B点，好像该传播媒介完全在空气中消失一样。这是科学家首次在芯片规模和红外线波长上实现同相传递和零折射率[2]。

该研究由美国哥伦比亚大学机械工程系副教授王琪薇（音译）和电子工程系博士候选人瑟尔达·可卡曼领导，他们同英国伦敦大学学院、美国能源部布鲁克海文国家实验室以及新加坡微电子研究所的科学家携手完成了这项研究。

科学家们将正折射率和负折射率结合在一起，实现了对光子相位的精确控制。自然界中所有已知材料的折射率均为正。科学家们通过对这些人造亚波长的纳米结构进行蚀刻，实现了对光传播的控制，使该媒介中出现了一个负折射率。科学家们接着将该折射率为负的媒介同一个折射率为正的媒介串联在一起，使得最终得到的纳米结构表现得好似其折射率为零。

最新研究甚至也为我们提供了一种潜在的方法，让我们能包裹或隐藏物体。

超材料可吸收所有光线

来自美国波士顿学院和杜克大学的科学家研究小组研制出一种高效超材料(metamaterial)，能够吸收所有到达其表面的光线，达到光线完全吸收的科学标准。这项研究报告发表在2008年6月出版的《

隐身衣技术需要超材料

物理评论快报》上。

波士顿学院物理学家威利·J·帕迪利亚说，“当光线打击材料介质时会出现三种情况：光线被反射，比如光线照射镜面时；光线被传播，比如光线照射在玻璃窗户上时；最后一种情况就是光线被吸收并转换成热量。这种最新设计的超材料可以确保光线既不被反射，也不在其中传播，而是将光线完全吸收转换成热量。我们设计的超材料具有特殊的频率可以吸收所有打击在其表面上的光量子。”该研究小组除帕迪利亚之外，还包括波士顿学院研究员内森·I·兰迪和杜克大学大卫·R·史密教授、研究员索基·萨吉伊格比和杰克·J·莫克。

研究小组基于之前用于设计共鸣器的作用场，用计算机模拟实现了电场和磁场结合在一起能够成功吸收所有放射光线。由于这种超材料成份可以分别吸收电磁波的电场和磁场，从而可以较高地吸收窄频范围的光线。帕迪利亚称，这种超材料第一次示范了对光线的完全吸收，它不同于独立建造于金属元件的传统吸收材料，现使该材料更加柔韧，适合应用于收集和探测光线。

超材料的设计赋予其新的特征，突破了它本身的物理成份限制，能够依据光线放射程度进行“剪裁定制”。由于该材料的设计基于几何等级，这种超材料可以应用于相当数量的电磁光谱。

超材料用于3D显示

“超材料”（以负折射率介质为代表的新型人工电磁介质）使用复合谐振，可以使光在任何方向上弯曲；通过使周围的光改变方向，很有可能覆盖他们视觉以内的空间范围。如今数学家已经给出了一幅蓝图，空心光纤内铸入“超材料”制造出有覆层的管道，每个这种

管道可以掩盖从平面象素阵列过来的光，可以进行3-D显示。在3-D中对微小覆层管道的排列，除了发光的一端，从平面象素阵列过来的光可以通过光纤而不被看到，这就好像光是浮在空中一样。“光通过一个物体的一端，看着它在管道中消失，却在另一端重新看见光”，罗彻斯特大学研究“超材料”的教授Greenleaf介绍说。

根据研究者的介绍，在3-D显示中采用这种原理，要求光从象素的平面阵列中通过光纤到达它们应在的空间位置上。光从“超材料”制造的空心光纤投射下来，周围的光绕着管道改变方向，使这些光不可见。另一方面，从象素的平面阵列过来的光，不可见地通过每根光纤，在三维空间的特定位置上发光。通过在空间中对数以千计这种象素的排列，可以使得3-D 显示简单地浮现在空中。

Greenleaf和他的同事警告说利用“超材料”管道进行3-D显示是一个未来多年的长期目标，但是短期内可以运用到医学上，比如，“超材料”管道可以掩盖外科医生内视检查中的不需要的部分，通过穿过“超材料”管道的光，外科医生可以有效地隐藏除了他的工具外的其他可见物，可以更快，更准确地进行内视检查。

Greenleaf和他的合作者还未制造出“超材料”管道，不过，他们声称可以制造出蓝图可以让其他制造者参照。特别地，“超材料”需要对负折射率的设计，所以可以使光在管道中从一个方向转为另外一个方向，就好像覆层管道几乎不存在一样。研究者的蓝图包括管道内“超材料”涂层的一系列的参数设置。Greenleaf的合作者包括芬兰赫尔辛基理工大学教授Matti Lassas，伦敦大学学院教授 Yaroslav Kurylev和华盛顿大学教授Gunther Uhlmann。[

超材料作为独立的学科始于2001年。光启创建团队在2009年首次实现了宽频带超材料隐身衣的设计与制备，该成果刊登在美国《科学》杂志上，引起业界很大的反响。2010年《科学》杂志将超材料评为过去十年人类最重大的十大科技突破之一。超材料领域现在正处于从科学研究到大规模应用的关键时期，类比于三十年前IC产业。光启所引领的超材料技术革命就是在全球率先创建超材料产业。

光启超材料技术创新平台

国家科技部依托光启建立了超材料电磁调制技术国家重点实验室，光启还建立了1个广东省工程实验室、1个广东省重点实验室以及深圳市一系列超材料重点实验室和工程实验室，着重于超材料及电磁调制技术的科学研究。

国家标准化管理委员会成立了全国电磁超材料技术及制品标准化技术委员会，光启作为秘书处，着重于超材料及相关产业的标准化建立。

国家民政部批准光启成立超材料产业联盟，驱动联盟上下游企业共同发展，带动千亿产值规模的超材料产业集群。

国家人力资源和社会保障部与全国博士后管委会批准光启设立博士后工作站，着重于培养相关行业领域博士后人才。

光启从2011年开始实施专利战略，并已形成了以超材料技术为核心的光启创新技术专利池。截止2014年6月，光启申请核心专利超过2600件，占过去十年相关领域专利申请量的86% 。

超材料物理原理

自然界材料由原子电子的规律排布组成，具有固定的电磁参数，不可人为改变。

超材料是一种由材料组成的“材料”。其中，介于宏观与微观之间的介观微结构是超材料的基本组成单元。超材料具有超越自然界材料电磁响应极限的特性，包括：

1.可设计电磁参数

2.电磁参数任意可调

3.可设计的非均匀分布

4.可设计的各向异性响应

超材料技术是一种材料逆向设计技术。

超材料电磁调制原理——任意调制电磁波的传播

通过超材料对电磁波的响应，我们可以利用超材料任意控制电磁波传播的方式。超材料可以超越自然界，让电磁波往法线同一侧折射，这种材料叫负折射率超材料；可以让穿过它的电磁波发生极化的旋转；可以让远方传来的电磁波信号汇聚到一点；甚至可以实现科幻电影中的“隐身衣”，让电磁波像流水一样绕过物体，实现隐身功能。因此我们可以设计和制造在空间增益、波束偏折、极化旋转、吸收、透明等各方面的高性能超材料器件。总之，超材料技术的核心关键就是对电磁波传播的人为设计、任意控制。

?电磁波负折射传播

?旋转电磁波极化

?汇聚电磁波能量

?扭曲电磁波-超材料隐身衣

制造隐形战机是超材料重要应用领域之一

图为应用超颖射频技术（Meta-RF）的新型卫星通信产品。该产品是深圳一家公司基于超材料与Meta-RF电磁调制创新技术开发的一系列卫通专利产品及解决方案。这一系列产品的最大特点是对卫星通信电波的灵活调制，实现产品便携化、共形化等，进而满足个性化需求。这项技术获得首届中国电子信息博览会创新金奖。

也许风靡一时的动画片《超能陆战队》中主人公发明的微型机器人及其聚集体曾让您大呼神奇，也许您曾对小说《哈利·波特》中那件隐身斗篷印象深刻，也许您也对自然界的伪装大师乌贼和变色龙能够瞬间变色的皮肤而匪夷所思……

事实上，借助一种被称为“超材料”的东西，全球的材料学家和物理科学家们正在将上述听起来十分“科幻”的东西变为现实：“隐形”飞机、笔记本大小的卫星天线、能感应地形的智能鞋子、能复原的弹性陶瓷、可减轻地震或海啸影响的防护墙壁等等。

这种超材料的新奇之处在于，通过复杂的人工手段对物质原子、分子施加影响来改变材料的力学性质，让光波、雷达波、无线电波、声波甚至地震波弯曲。这种超材料被科学家誉为“由材料组成的‘材料’”。

上月，《电磁超材料术语》向国家标准管理委员会报批，标志着我国在超材料领域即将拥有国家标准。目前，全球“工业 4.0”进程持续深化、“智能+”应用领域不断扩大，对于处在超材料应用领先地位的中国企业来说，步子更快一些，胆子再大一点，力争在未来一些战略新兴产业及人工智能革命领域引领世界潮流。因为有一点毋庸置疑：未来的世界，将由超材料来建造。

?“弯曲光、改变波”

超材料性能神奇

材料，人类社会各大产业发展的根基。随着工业化进程不断深入，传统高性能材料对稀缺资源的依赖程度越来越高，而科学家们在自然界寻找具有超物理特性的天然材料的尝试却收效甚微。在这种情况下，科学家意识到，要想获得那些超越常规材料性能极限的新型功能性材料，必须另起炉灶。

2000年，美国加州大学圣地亚哥分校的物理学家戴维·史密斯和他的同事做的一个新奇实验，让全球的材料科学家们对物质世界的看法发生了一些改变。试验中，一种运用微波技术的材料成功地把一个直径5厘米的铜制小圆筒隐藏起来，虽然这一隐形范围只相当于一粒豌豆。

这一实验让文学描写中不断出现、而根据传统光学定律根本不可能实现的“隐身衣”有了问世的可能，也宣告了超材料学的诞生。

那么问题来了——究竟什么是超材料？

超材料，英文称为Metamaterial，其中拉丁语词根“meta-”表示“超出、另类”等含义。一般文献中给出的超材料定义是“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。”

首先让我们从中学物理课上老师都会演示的一个现象说起：当一束光从空气斜射入水中，会产生入射光和折射光，它们居于法线的两侧。因为这种反射现象，我们能够看到大自然中的许多物体。那么，是否存在这样一种介质，当光入射其表面时，入射光与折射光位居法线同侧呢？

其实早在1968年时，前苏联理论物理学家菲斯拉格（Veselago）便提出了这个疑问，并在理论上预测了上述“反常”现象。只是由于没有实验验证，加之当时处于功能材料发展初期，人们对菲斯拉格的发现并未予以足够重视。

根据广义相对论，时间和空间都是可以“弯曲”的，而空间里的光线同样可以弯曲，前提是设计并制作出足够小的“设备”。近年来，科学家沿着菲斯拉格的理论，依靠一些间隔仅有1毫米的几千分之一的人工结构，将材料的单元结构（人工原子和人工分子）集合，通

过不同的结合结构和排列设计制造出各种超材料，实现了让光波、雷达波、无线电波、声波甚至地震波弯曲的梦想。

如今，超材料研究正在发酵。美国《科学》杂志将其列入本世纪前10年的10项重要科学进展之一，引发了诸如新一代信息技术、国防工业、新能源技术、微细加工技术等领域的重大变革。

?群雄竞逐你追我赶

国际竞争日益激烈

这场变革已经到来。发达国家的政府、学术界、产业界对超材料技术的研发给予高度重视，制定了相关计划，投入了大量人力和物力。

例如，美国国防部专门启动了关于超材料的研究计划，美国最大的6家半导体公司英特尔、AMD和IBM等也成立了联合基金资助这方面的研究。美国国防部更是将其列为“六大颠覆性基础研究领域”之一。欧盟组织了50多位相关领域顶尖的科学家聚焦这一领域的研究，并给予高额经费支持。日本在经济低迷之际出台了一项研究计划，支持至少两个关于超材料技术的研究项目，每个项目约为30亿日元。

在各国科学家的实验室中，很多新奇的发明已经出现。

美国的科学家制造出一种反弹陶瓷管，相比传统脆而硬的陶瓷，这种反弹陶瓷管在被压缩50%后还能复原。这种陶瓷将在“普通物质无能为力的地方大显身手”，如航天飞机或者喷气式发动机的隔热设备。

在德国，科学家已经使用一种叫作“径直激光平版刻录”技术制成由微型塑料棒构成的隐形材料片。将上述隐形材料片覆盖在物体上，在红外照相仪观测下，隐形材料改变了覆盖物周围光线的速度，从而使覆盖物和被覆盖物一同消失。而包括美国国防高级研究计划署在内的军方机构，寻求的正是这种隐藏技术，以便让飞机在军事雷达探测范围内隐身。

法国科学家则发现了通过超材料墙壁和地面精确打孔来转移地震波，让地震和海啸偏离建筑物或城镇，以达到减灾的目的。

荷兰的的科学家则制造出在力学上可编程的智能橡胶。通过小型开关的控制和特殊的设计，这种智能橡胶可以像一块超大海绵一样变硬或者变软，甚至在挤压下可以在这两个阶段进行快速转变。借助这种材料，人们不久或将可以穿上能通过感应地面软硬度而自动调节的鞋子。

目前，基于这些实验成果展开的产品转化步伐也在加快。像超材料智能蒙皮、超材料雷达天线、吸波材料、电子对抗雷达、超材料通信天线、无人机雷达、声学隐身技术等产品研发和利用，已经成为各国竞争的焦点。

?合力攻关注重应用

我国领跑有优势

相比于不少国家相对分散的发展模式，我国在超材料领域的发展模式则更加聚焦和有力。我国已分别在863计划、973计划、国家自然科学基金、新材料重大专项等项目中对超材料研究予以立项支持。在电磁黑洞、超材料隐身技术介质基超材料以及声波负折射等基础研究方面，我国企业取得了多项原创性成果，并在世界超材料产业化竞争中占到先机。

曾在美国留学并在《科学》杂志发表关于新型超材料宽频带隐身衣论文的刘若鹏无疑是其中代表。2010年，以刘若鹏博士为首的5位留学生团队回国创办了深圳光启。经过几年发展，该公司已在世界范围内申请超过2800件专利，约占相关领域专利申请总量的86%，该公司还在创建基于超材料的智慧社区、无线互联、航空航天等领域的产业化方面走在世界前列，如其全球首条超材料微结构精试线，设备定制化程度高达70%，可实现高达2微米的工艺精度。他们还设计了超材料生产标准化流程。

以其设计的电磁超材料天线为例，运用一块可折叠为笔记本大小、印着“江南水乡风景画”的电路板，飞机、火车、轮船、汽车就能在移动网络鞭长莫及的偏远地方连接卫星宽带上网。不管卫星在天空中的哪个地方，该天线都能追踪到，不必像传统的碟形天线一样总朝一个方向盯着一颗卫星。

美国类似产品的商业销售计划今年才开始，而光启早在3年前便在我国22个省份进行了安装试用。而这，仅仅是中美之间近年来在超材料核心领域展开的激烈竞争之一。

另一方面，我国在超材料的微结构加工方面也取得了长足进步。去年，中南大学教授黄小忠的团队利用3D打印机，通过对材料进行编码，获得了一块边长18厘米、包括10万个物理单元的具有隐身性能的超材料，这样可以实现我国未来太空隐形飞行器的零部件的快速打印和更换。

此外，为了打破欧美对超材料技术标准的垄断，上月，全国电磁超材料技术及制品标准化技术委员会审查和报批了国家标准《电磁超材料术语》。这意味着，我国在全球率先制定出超材料领域的国家标准，将对我国在超材料技术的研究和标准转化起到重要作用。

有调研公司预测，超材料全球市场规模在2010—2020年间将以高达41%的年复合增长率发展。可以预计，随着全球“工业 4.0”进程持续深化、“智能+”应用领域不断扩大，一个可带动诸如高速列车、新型地面行进装备、航空航天、国防科技、地面智能机器人等领域的千亿规模的超材料产业集群正在崛起。

利用驾驭电磁波的超材料技术来建造未来世界，正在成为全球科技创新的又一焦点。应当说，我们在这方面拥有明显优势，完全有条件成为这场创新革命的领跑者。（彭训文）专家视点——

“超材料”这一概念已经慢慢渗入多个领域。这一技术最初在电磁学领域引发轰动，接着长驱直入，进入包括热力学在内的多个领域，最近又开始在力学领域掀起狂澜。

——德国卡尔斯鲁厄理工学院马丁·魏格纳教授

超材料对航空航天、国防、民用科学技术的促进表明，新材料将会成为科学研究中一个很重要的切入点和方向，将会对众多领域带来冲击和影响，并产生新的产业，这个意义极为深远。

——中国工程院院士段宝岩

超材料的设计思想和方法很有可能成为发掘材料新功能、引领产业新方向，提高材料综合性能、突破稀缺资源瓶颈的有力手段。应进一步明确在国家层面大力发展超材料技术的必要性，凝练发展重点，选择合理技术路线，制定符合超材料技术发展趋势、与我国国情相适应的超材料技术发展战略。

——中国钢研科技集团有限公司副总工程师周少雄

赵治亚：超材料高端装备

赵治亚：超材料高端装备 7月28日，中国电科发展战略研究中心与远望智库联合举办了“新挑战、新理念、新技术——未来战争研讨会”，来自权威机构共13名专家，对前沿科技和未来战争相关问题，进行全面深入解析，展开广泛交流和探讨。来自军方、国防工业部门以及科研院校近600人参加了会议。超材料高端装备赵治亚深圳光启高等理工研究院（在未来战争论坛上的报告） 感谢中国电科发展战略研究中心和远望智库提供这么好的 一个平台，我们大家进行思维的交流和互动。我们一直是从事于超材料的技术及装备的研究，我们想在这里从超材料，从材料的这个角度以及在国内外的应用情况和对未来战争 的影响。从这块跟大家分享一下我们的心得。概述 这块的特殊之处，因为超材料整个从概念到技术它还是一个相对来讲比较新的程度。而且它的成熟度尤其是以2006年开始为一个起点。所以从这个角度上来讲大家从美国也好，从中国也好，大家的起跑的时间是一致的。尤其是我们的几位院长，原来在美国的这个领域研发的核心团队，所以在这块我们更看重的是这个里面的发展的时间窗口。谁能更有效地把握住时间窗口，还有像上午专家所说的，更快地进行研究里面的迭代，谁就更有可能去把握先机影响到未

来的战场。图1 下面的报告想从三个方面跟大家简要地介绍一下。第一个可能大家对于超材料从原理到技术到应用可能还不是很熟悉。想对超材料进行一个电磁材料进行一个介绍。第二个主要是从国内外的超材料的发展还有超材料武器装备上面的发展 进行介绍，尤其是以国外的武器装备发展的情况为主。还有第三个也想简要地介绍一下我们对于未来装备发展，尤其是我们超材料能够在未来装备发展里面所产生的作用和影响。part 1 超材料介绍图2 图2比较好地介绍了超材料的基本的原理。根据我们的国家标准GJB 32005-2015这个标准里面的描述，超材料的定义是什么呢？就是一种特殊的复合材料或者是结构，通过对于材料的关键物理尺寸上进行有序的结构设计，来使它进行常规材料所不具备的这种超常物理性质。如果是针对电磁波的频谱，我们可以根据电磁波频谱工作的波长取这个波长的四分之一到二十分之一波长这 样的一个尺寸。比如在厘米级和毫米级的这样的一个尺寸我们对它进行人工的拓扑结构和排布方式进行一个设计，可以看到比如说类似于这样的二维的柔性的超材料，和三维的这种超材料的设计，从而达到一个传统的介质材料所不能达到的，对于电磁波的调控的影响。所以它的整个的超材料的核心就是针对于我所要工作的这个波长进行有序的结 构和排布设计，从而达到我们可以人工定制化地去调制电磁

全球与中国市场超硬材料深度研究报告(2018-2022年)

全球与中国市场超硬材料深度研究报告

研究报告目录 第一章行业概述及全球与中国市场发展现状 1.1 超硬材料行业简介 1.1.1 超硬材料行业界定及分类 1.1.2 超硬材料行业特征 1.2 超硬材料产品主要分类 1.2.1 不同种类超硬材料价格走势(2012-2022 年) 1.2.2 钻石 1.2.3 立方氮化硼 1.2.4 其他 1.3 超硬材料主要应用领域分析 1.3.1 建筑石材 1.3.2 磨料磨具类 1.3.3 复合聚晶工具 1.3.4 其他 1.4 全球与中国市场发展现状对比 1.4.1 全球市场发展现状及未来趋势(2012-2022 年) 1.4.2 中国生产发展现状及未来趋势(2012-2022 年) 1.5 全球超硬材料供需现状及预测(2012-2022 年) 1.5.1 全球超硬材料产能、产量、产能利用率及发展趋势(2012-2022 年) 1.5.2 全球超硬材料产量、表观消费量及发展趋势(2012-2022 年) 1.5.3 全球超硬材料产量、市场需求量及发展趋势(2012-2022 年) 1.6 中国超硬材料供需现状及预测(2012-2022 年) 1.6.1 中国超硬材料产能、产量、产能利用率及发展趋势(2012-2022 年) 1.6.2 中国超硬材料产量、表观消费量及发展趋势(2012-2022 年) 1.6.3 中国超硬材料产量、市场需求量及发展趋势(2012-2022 年) 1.7 超硬材料中国及欧美日等行业政策分析第二章全球与中国主要厂商超硬材料产量、产值及竞争分析 2.1 全球市场超硬材料主要厂商2016 和2017 年产量、产值及市场份额 2.1.1 全球市场超硬材料主要厂商2016和2017 年产量列表 2.1.2 全球市场超硬材料主要厂商2016和2017 年产值列表 2.1.3 全球市场超硬材料主要厂商2016和2017 年产品价格列表 2.2 中国市场超硬材料主要厂商2016 和2017 年产量、产值及市场份额

超硬材料及制品的基本知识

超硬材料及制品基本知识 一、超硬材料概念:对于超硬材料的含义至今没有一 个公认为满意的解释。1981年国际硬物质科学会议认为,硬度大于1000HV的物质均可称为硬物质，这就自然包括了金刚石和立方碳化硼。后来对这个定义进行了补充,认为能加工诸如硬质合金(硬度1600—1８00ＨV)、刚玉（—２00０ＨV）、碳化硅(—22００HV）等这一类物质的材料称为超硬材料。目前由于金刚石和立方氮化硼等材料有其极高的硬度，所以统称为超硬材,具有硬度高、耐磨和热传导性能好、热膨胀系数低等优异性能。 二、超硬材料的分类:分为单晶超硬材料和聚晶超硬 材料(也称为“复合超硬材料”）及3．金刚石薄膜三类。 单晶超硬材料和聚晶超硬材料的主要区别为:单晶金刚石/立方氮化硼材料的特点为硬度更高、耐热性更好,但尺寸较小，多用于制造锯片等切割工具;聚晶金刚石/立方氮化硼是指以金刚石和立方氮化硼微粉等单晶超硬材料为主要原料,添加金属或非金属粘结剂通过超高压高温烧结工艺制成的聚晶复合材料。它的特点是硬度、耐热性略逊于单晶材料,但是由于聚晶超硬材料是内部结构紧密的金刚石致密体,可以增加工具的切割面积，同时克服了单晶超硬材料由于粘结面积小造成的轻易从锯片表面脱落的弊端,具有更高的耐磨性。 金刚石薄膜是用化学气相沉积(CVＤ）法或其它方法在非金刚石衬底上制备出的超硬薄

膜。它不仅可用于制作各种金刚石刀具,还可作为功能材料用于制作声传感器、扬声器振动膜、红外窗口、Ｘ光检测窗口等，应用领域十分广泛。国际上从七十年代初开始进行金刚石薄膜的试制并迅速掀起金刚石薄膜研究开发热潮。我国从八十年代中期开始此项研究，并已列入国家“863计划”，现已能制备出8０ｍm、厚2mm的金刚石薄膜，并在应用研究方面取得了不少成果,但目前总体上仍处于研制阶段,尚未达到工业化应用阶段。有人预计,金刚石薄膜将是２１世纪金刚石工业的主要材料，各国科学家都在为使金刚石薄膜产业化而不懈努力。 三、金刚石按用途分为两类:质优粒大可用作装饰品的称宝石级金刚石，质差粒细用于工业的称工业用金刚石。 宝石级金刚石,又称钻石，光泽灿烂,晶莹剔透,被誉为“宝石之王”,价值昂贵，是世界公认的第一货品，其占有程度和消费水平往往被视为是衡量个人和国家经济富裕程度的标志。达不到宝石级的金刚石(工业用金刚石）,以其超硬性广泛用于机电、光学、建筑、交 ?总的来说，复合超硬材料相对于传统合金材料具有强大的替代性,市场潜力更大,广泛应用于机械、冶金、地质、石油、煤炭、石材、建筑等传统领域,电子信息、航天航空、国防等高技术领域以及汽车、家电等新兴产业。 1．1复合超硬材料的主要产品用途?当前,复合超硬材料的产品主要分为四类:石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片、煤田矿山用聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石高品级拉丝模坯和刀具用聚晶金刚石/聚晶立方氮化硼复合片。 (1）石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片 石油天然气聚晶金刚石复合片是由无数微小金刚石颗粒和粘结剂混合组成的切削层和硬质合金衬底层在高温高压下烧结合成的，具有很高强度、硬度、耐磨性、抗冲击

智能材料及其发展

智能材料及其发展 1.材料的发展 材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或者其他产品的物质，是人类生活、生产的基础，是人类认识自然和改造自然的工具，与信息、能源并列为人类赖以生存、现代文明赖以发展的三大支柱。材料也是人类进化的标志之一，一种新材料的出现必将促进人类文明的发展和科技的进步，从人类出现，经历旧石器时代、新石器时代、青铜时代……，一直到21世纪，材料及材料科学的发展一直伴随着人类的文明的进步。在人类文明的进程中，材料大致经历了一下五个发展阶段。 1）利用纯天然材料的初级阶段：在远古时代人类只能利用纯天然材料（如石头、草木、野兽毛皮、甲骨、泥土等），也就是通常所说的旧石器时代。这一阶段人类只能对纯天然材料进行简单加工。 2）单纯利用火制造材料阶段：这一阶段跨越了新石器时代、青铜时代和铁器时代，它们风别已三大人造材料为象征，即陶、铜、铁。这一时期人类利用火来进行烧结、冶炼和加工，如利用天然陶土烧制陶、瓷、砖、瓦以及后来的玻璃、水泥等，从天然矿石中提炼铜、铁等金属。 3）利用物理和化学原理合成材料阶段：20世纪初，随着科学的发展和各种检测手段及仪器的出现，人类开始研究材料的化学组成、化学键、结构及合成方法，并以凝聚态物理、晶体物理、固体物理为基础研究材料组成、结构和性能之间的关系，并出现了材料科学。这一时期，人类利用一系列物理、化学原理、现象来创造新材料，这一时期出现的合成高分子材料与已有的金属材料、陶瓷材料（无机非金属材料）构成了现代材料的三大支柱。除此之外，人类还合成了一系列的合金材料和无机非金属材料，如超导材料、光纤材料、半导体材料等。 4）材料的复合化阶段：这一阶段以20世纪50年代金属陶瓷的出现为开端，人类开始使用新的物理、化学技术，根据需要制备出性能独特的材料。玻璃钢、铝塑薄膜、梯度功能材料以及抗菌材料都是这一阶段的杰出代表，它们都是为了适应高科技的发展和提高人类文明进步而产生的。 5）材料的智能化阶段：自然界的材料都具有自适应、自诊断、自修复的功能。如所有的动物和植物都能在没有受到毁灭性打击的情况下进行自诊断和修复。受大自然的启发，近三四十年的研发，一些人工材料已经具备了其中的部分功能，即我们所说的智能材料，如形状记忆合金、光致变色玻璃等。但是从严格意义上将，目前研制成功的智能材料离理想的智能材料还有一定的距离。 材料科学的发展主要集中在以下几个方面：超纯化（从天然材料到复合材料）、量子化

超材料(metamaterials)在电子元件中的应用

第 27 卷 第 9 期 2008 年 9 月
电 子 元 件 与 材 料 ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS
Vol.27 No.9 Sep. 2008
新一代片式元件
超材料(metamaterials)在电子元件中的应用
周 济
（清华大学 材料科学与工程系, 北京 100084） 摘要: 超材料（metamaterials）指的是一些呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合材料。它们的超 常特征来源于其中人工制备的、特殊的非均匀插入结构所导致的物理响应。介绍了近年来发展出的超材料包括左手材 料、 “隐身斗篷”和光子晶体等，对其在电子元件领域中的应用进行了评述和展望。 关键词: 电子技术；超材料；综述；电子元件；左手材料 中图分类号: TB39 文献标识码:A 文章编号:1001-2028（2008）09-0001-04
Applications of metamaterials in electronic components
ZHOU Ji
(Department of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084,China) Abstract: A new class of artificial composites that exhibit exceptional properties not readily observed in nature called metamaterials. These properties arise from qualitatively new response functions that are not observed in the constituent materials and result from the inclusion of artificially fabricated, extrinsic inhomogeneities. A few metamaterials being developed in recent years, including left-handed materials, invisible cloak and photonic crystals were summarized. Review and prospect on applications of metamaterials in the area of electronic components were presented. Key words: electron technology; metamaterials; review; electronic components; left-handed materials
metamaterial（超材料）是 21 世纪物理学领域出 现的一个新的学术词汇，近年来经常出现在各类科学 文献中。拉丁语“meta-”，可以表达“超出、亚、另类” 等含义。对于 metamaterial 一词，目前尚未有一个严 格的、权威的定义，不同的文献上给出的定义也各不 相同，但一般都认为 metamaterial 是“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”。 在互联网上颇有影响的维基百科（Wikipedia）上，对 metamaterial 一词是这样解释的：“In electromagnetism (covering areas like optics and photonics), a meta material (or metamaterial) is an object that gains its (electromagnetic) material properties from its structure rather than inheriting them directly from the materials it is composed of. This term is particularly used when the resulting material has properties not found in naturally-formed substances”。这一解释可能是迄今对 metamaterial 一词给出的最科学规范的定义， 尽管这一 定义从目前的观点看过于狭隘（该定义似乎只针对电 磁领域的材料，而实际上，最新的研究表明 metamaterial 已经包括一些声学材料） 。 从这一定义中， 我们可以看到 metamaterial 的三个重要特征：
（1）metamaterial 通常是具有新奇人工设计结构 的复合材料； （2）metamaterial 具有超常的物理性质（往往是 自然界的材料所不具备的） ； （3）metamaterial 的性质往往不主要取决于构成 材料的本征性质， 而主要取决于其中的人工设计结构。 目前，人们已经发展出的这类超材料系统包括光 子晶体、左手材料、“隐身斗篷（invisible cloak）”和 全吸收超材料等。 近年来，各种超材料系统的出现引起了科学界的 广泛关注。1998 年和 1999 年，与光子晶体有关的研 究新突破先后两度被 Science 杂志列为世界上的“十大 科学进展”，2006 年底，该杂志又再次将光子晶体列 为未来自然科学的热点领域。而另一类超材料——左 手材料则是在 2003 年被 Science 杂志列为当年的“ 十 大科学进展”。2006 年底，由于英美两国科学家利用 与左手材料相类似的设计方法获得的梯度超材料成功 实现了“隐身斗篷”的功能， Science 杂志又一次将其列 为当年的“ 十大科学进展”。笔者将着重对近年来超材 料在电子元件领域的应用及发展动向做一简要介绍。
收稿日期：2008-07-31 作者简介 ： 周济 （1962－） ， 男， 吉林九台人， 长江特聘教授， 博士后， 主要从事信息功能材料研究。 Tel:(010) 62772975； E-mail: zhouji@https://www.wendangku.net/doc/5a16761920.html, 。

颠覆未来作战的前沿技术——超材料

超材料是通过在材料关键物理尺寸上的结构有序设计，突破某些表观自然规律的限制，获得超出自然界原有普通物理特性的超常材料的技术。超材料是一个具有重要军事应用价值和广泛应用前景的前沿技术领域，将对未来武器装备发展和作战产生革命性影响。 新型材料颠覆传统理论 尽管超材料的概念出现在2000年前后，但其源头可以追溯到更早。

1967年，苏联科学家维克托·韦谢拉戈提出，如果有一种材料同时具有负的介电常数和负的磁导率，电场矢量、磁场矢量以及波矢之间的关系将不再遵循作为经典电磁学基础的“右手定则”，而呈现出与之相反的“负折射率关系”。 这种物质将颠覆光学世界，使光波看起来如同倒流一般，并且在许多方面表现出有违常理的行为，例如光的负折射、“逆行光波”、反常多普勒效应等。这种设想在当时一经提出，就被科学界认为是“天方夜谭”。 随着传统材料设计思想的局限性日渐暴露，显著提高材料综合性能的难度越来越大，材料高性能化对稀缺资源的依赖程度越来越高，

发展超越常规材料性能极限的材料设计新思路，成为新材料研发的重要任务。 ● 2000年，首个关于负折射率材料的报告问世； ● 2001年，美国加州大学圣迭戈分校的科研人员首次制备出在微波波段同时具有负介电常数和负磁导率的超材料； ● 2002年，美国麻省理工学院研究人员从理论上证实了负折射率材料存在的合理性； ●2003年，由于超材料的研究在世界范围内取得了多项研究成果，被美国《科学》杂志评为当年全球十项重大科技进展之一。 此后，超材料研究在世界范围内取得了多项成果，维克托·韦谢拉戈的众多预测都得到了实验验证。 现有的超材料主要包括：负折射率材料、光子晶体、超磁材料、频率选择表面等。与常规材料相比，超材料主要有3个特征： 一是具有新奇人工结构； 二是具有超常规的物理性质； 三是采用逆向设计思路，能“按需定制”。 负折射率材料具有介电常数与磁导率同时为负值的电磁特性，电磁波在该介质中传播时，电场强度、磁场强度与传播矢量三者遵循负

超硬材料磨具的研究和发展动态

第21卷第1期 超　硬　材　料　工　程V o l.21 2009年2月SU PERHA RD M A T ER I AL EN G I N EER I N G Feb.2009超硬材料磨具的研究和发展动态① 万　隆 (湖南大学材料学院,湖南长沙　410082) 摘　要:文章在说明我国经济和科学技术的快速发展,超硬材料磨具行业也取得了长足进步的基础上,介 绍了一些新材料、新生产工艺和新装备被引进我国超硬材料磨具的生产和研究中来,促进了我国超硬材料 磨具行业的发展和技术进步;并展望了磨具的发展方向。 关键词:超硬材料磨具;磨具结合剂;综述;磨具制备新工艺;磨具的发展方向 中图分类号:TQ164 文献标识码:A 文章编号:1673-1433(2009)01-0040-03 Research and develop i ng trends of superhard ma ter i a l gr i nd i ng tools W AN L ong (Colleg e of M a teria l S cience and E ng ineering in H unan U n iversity,Chang sha410082,Ch ina) Abstract:B ased on the illu strati on of the great p rogress of the indu stry fo r sup erhard m a2 terial grinding too ls w ith the rap id developm en t of Ch inese econom y and scien tific techno l2 ogy,it has in troduced that som e new m aterials,new p roducing techn iques w ith new e2 qu i pm en ts have been i m po rted to p roducti on and research of sup erhard m aterial grinding too ls in Ch ina,w h ich w ill p rom o te the developm en t of sup erhard m aterial grinding too l indu stry in Ch ina w ith its techn ical p rogress.T he develop ing trends of grinding too ls have also been p ro sp ected. Keywords:sup erhard m aterial grinding too ls;grinding too ls b inder;review;new m anu2 factu ring techn iques fo r grinding too ls;develop ing trends of grinding too ls 超硬材料磨粒最主要的用途是制备工具,而所制备的工具又以磨具为主,超硬材料磨具在超硬材料工具的总量中占80%以上。 近年来,随着我国经济和科学技术的快速发展,超硬材料磨具行业也取得了长足的进步,一些新材料、新生产工艺和新装备被引进超硬材料磨具的生产和研究中来,促进了超硬材料磨具的发展。近年来超硬材料磨具研究的热点有以下几方面: 1　对磨具结合剂的研究 在磨具中,结合剂的性能是决定磨具性能尤其是砂轮性能的主要因素之一。1.1　微晶玻璃结合剂 微晶玻璃与陶瓷相比,内部缺陷少,其中的结晶尺寸细小,因而强度高,并且微晶玻璃可以采用玻璃的制备工艺。微晶玻璃有较低的熔点,能在700℃～850℃烧成,对磨料浸润性好,故比较适合作为c BN 砂轮结合剂使用,微晶玻璃结合剂中能形成大量微小的晶体,具有高耐磨、高抗拉强度等性能。 采用微晶玻璃作为砂轮结合剂的关键技术在于微晶玻璃的基础配方确定、晶核剂的选择以及二次晶化的条件控制。基础配方决定了玻璃中是否能够形成晶体,是否能够对磨料有较好的浸润和较低的熔化温度;晶核剂主要起诱导结晶作用,对玻璃中产生的晶体数量及形成的晶体形态产生影响。二次晶化条件主 ①收稿日期:2008-06-15 作者简介:万　隆(1956-),男,教授,博士生导师,主要从事材料科学方面的科研和教学工作。

智能材料

1.简述智能材料的定义，内涵特征及分类？ 具有感知环境刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。 智能材料需具备以下内涵： (1)具有感知功能，能够检测并且可以识别外界的刺激强度(2)具有驱动功能，能够响应外界变化；(3)能够按照设定的方式选择和控制响应；(4)反应比较灵敏,及时和恰当；(5)当外部刺激消除后,能够迅速恢复到原始状态。 分类：金属系智能材料：形状记忆合金、磁致伸缩材料等。 无机非金属系智能材料：电(磁)流变液、压电陶瓷、变色材料、光纤高分子系智能材料：高分子凝胶；智能高分子膜材；智能药物释放体系；智能纤维与织物等 复合和杂化型智能材料 2、智能材料与智能系统的基本构成单元及作用？ 智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。作用：基体材料担负着承载的；敏感材料担负着传感的任务，其主要作用是感知环境变化；驱动材料担负着响应和控制的任务； 信息处理器：在敏感材料和驱动材料间传递信息的部件，是联系两者的桥梁。 3、智能材料的设计与工作思路？

智能材料的设计思路以功能材料为基础以仿生学、人工智能及系统控制为指导依据材料复合的非线性效应用先进的材料复合技术将感知材料、驱动材料和基体材料进行复合。 4、形状记忆效应与形状记忆材料的定义分类及其特点？ 形状记忆效应：将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材料施加适当的外界条件，材料会恢复到变形前的形状的现象。单程形状记忆效应；双程形状记忆效应；全程记忆效应 形状记忆材料 具有一定初始形状的材料经形变并固定成另一种形状后，通过物理刺激或化学刺激的处理又可恢复成初始形状的材料。 形状记忆合金；形状记忆陶瓷；形状记忆聚合物 5、形状记忆合金的类型及应用？ Ti-Ni系形状记忆合金；铜基系形状记忆合金；铁基系形状记忆合金航空航天：人造卫星和宇宙飞船的天线 机械设备中的应用：弹簧、眼镜框等弹性部件 医学上的应用；人工心脏、形状记忆合金人工食管 装饰用品：感温的自动开放的装饰性花朵 7、简述变色玻璃的类型及其变色机理？ 光致变色玻璃：当紫外线辐照时，离子Ag+还原成原子Ag。此时银原子团簇影响光的入射，产生深色效应;在没有紫外线照射时，Ag原子转变为离子Ag+，原子团簇解体，镜片褪色。

浙大实验室诞生超轻气凝胶堪称世界上最轻的固体材料

浙大实验室诞生超轻气凝胶堪称世界上最轻的固体材料 记者从浙江大学获悉，该校高分子系高超教授的课题组成功制备出一种超轻气凝胶，取名“碳海绵”。该成果刷新了目前世界上最轻固体材料的纪录，弹性和吸油能力令人惊喜，被《自然》杂志重点配图评论。 据了解，气凝胶是入选吉尼斯世界纪录的最轻的一类物质，因其内部有很多孔隙，充斥着空气，故而得名。2011年，由美国HRL实验室、加州大学欧文分校和加州理工学院合作制备的一种镍构成的气凝胶，密度为0.9 mg/cm3，创下了当时最轻固体的纪录。 “你看，把这种材料放在蒲公英花朵上，柔软的绒毛几乎没有变形。”高超指着这张入选《自然》杂志年度十大图片的照片说道。图片给高超留下了深刻印象，“当时我就在想，能不能制备出一种材料，挑战这个极限。” 高超告诉记者，课题组这些年一直从事石墨烯宏观材料的研发，两年前，他们打算把石墨烯（碳的二维形态）做成三维多孔材料来冲击这一纪录。 在浙江大学的实验室里，记者看到了这些大小不等的“碳海绵”：大的如网球，小的如酒瓶塞。在电子显微镜下，碳纳米管和石墨烯共同支撑起无数个孔隙。 “值得欣喜的是，这种气凝胶实现了批量合成，可控性也大大提高。”高超告诉记者，以往科学家主要采用溶胶—凝胶法和模板导向法来制备气凝胶。“前者可以批量合成，但可控性差；后者能产生有序的结构，但依赖于模板的精细结构和尺寸，难以大量制备。” 课题组另辟蹊径，探索出无模板冷冻干燥法，将溶解了石墨烯和碳纳米管的水溶液在低温下冻干，便获得了“碳海绵”，还可以任意调节形状。“不需要模板，只与容器有关。容器多大，就能制备多大。”高超说。

记者了解到，高超课题组制备的“碳海绵”密度只有0.16 mg/cm3，是最轻纪录保持者。《自然》杂志点评说：它高弹，被压缩80%后仍可恢复原状；对有机溶剂具有超快、超高的吸附力，是已报道的吸油力最高的材料。 采访时，高超表示对申报吉尼斯世界纪录兴趣不大，他说：“轻并不是它最大的新意所在，这项成果的价值在于其简便的制备方法，以及材料所展现出来的优越性能。” “也许某一天发生漏油时，可以把它们撒在海面上，就能把漏油迅速地吸收进来。因为有弹性，吸的油能够被压出来回收利用，‘碳海绵'也能重新使用。”据高超介绍，“碳海绵”还可能成为理想的相变储能保温材料、催化载体以及高效复合材料，“但要让这个新材料走出实验室，实现其应用价值，还得依靠现实社会以及产业界的想象力。”

超材料doc

超材料——过去十年中人类最重大的十项科技突破之一 狭义上超材料即指电磁超材料,电磁超材料具有超越自然界材料电磁响应极限的特性,能够实现对电磁波传播的人为设计、任意控制。目前该材料被应用在定向辐射高性能天线、电磁隐身、空间通信、探测技术和新型太赫兹波段功能器件等方面。 看好电磁超材料在军工、通信和智能结构等方面的应用前景 电磁超材料在军工领域的应用比较广泛,目前已应用的超材料产品包括超材料智能蒙皮、超材料雷达天线、吸波材料、电子对抗雷达、超材料通讯天线、无人机雷达、声学隐身技术等。 通信领域电磁超材料最具应用前景的就是无线Wi-fi网络,目前光启已进入该领域。 电磁超材料在智能结构中的应用主要有两类:地面行进装备用智能结构和可穿戴式超材料智能结构。智能结构用电磁超材料的市场前景非常广阔 超材料主题相关主要包括:(300077)、龙生股份(002625)、(600804)和(600490)等,建议重点关注国民技术、鹏博士和鹏欣资源。 超材料 “Metamaterial”是21世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇，近年来经常出现在各类科学文献。拉丁语“meta-”，可以表达“超出…、亚…、另类”等含义。对于metamaterial一词，目前尚未有一个严格的、权威的定义，各种不同的文献上给出的定义也各不相同。但一般文献中都认为metamaterial是“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”。 迄今发展出的“超材料”包括：“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等。 “左手材料”是一类在一定的频段下同时具有负的磁导率和负的介电常数的材料系统(对电磁波的传播形成负的折射率)。近一两年来“左手材料”引起了学术界的广泛关注，曾被美国杂志评为2003年的"年度十大科学突破"之一。 原理 超材料的应用与原有的材料制备有很大的区别，以往是自然界有什么材料，就能制造出什么物品，而超材料完全是逆向设计，根据针对电磁波的具体应用需求，制造出具有相应功能的材料。 特征 metamaterial重要的三个重要特征： （1）metamaterial通常是具有新奇人工结构的复合材料； （2）metamaterial具有超常的物理性质（往往是的材料中所不具备的）； （3）metamaterial性质往往不主要决定与构成材料的本征性质，而决定于其中的人工结构。 隐形功能 具有讽刺意味的是，超材料曾被认为是不可能存在的，因为它违反了光学定律。 然而，2006年，北卡罗来纳州的（Duke University）和（Imperial College）的研究者成功挑战传统概念，使用超材料让一个物体在微波射线下隐形。尽管仍有许多难关需要克服，但我们有史以来头一次拥有了能使普通物体隐形的方案（五角大楼的国防高级研究计划署[The Pentagon’s Defense Advanced Research Project Agency，DARPA]资助了这一研究）。 制造研究

智能材料

智能材料及其在医学领域的应用 目录 1、智能材料的概述 1.1智能材料的定义和基本特征........................................................ 1.2智能材料的构成............................................................................ 1.3智能材料的分类............................................................................ 1.4智能材料的制备............................................................................ 2、智能材料的应用领域 2.1智能材料的研究方向................................................................... 2.2智能材料在医学上的应用............................................................ 2.3智能材料在医疗方法中的应用....................................................

2.4智能材料在医学器械方面的应用................................................. 3、结束语.................................................................... 4、参考文献................................................................ 摘要本文综合评述了智能材料的研究、应用和进展。对智能材料与结构的概念进行了描述，全面总结了智能材料智能材料生物医药方面的应用, 探讨了智能材料光明的应用前景和发展趋势。 关键词智能材料；医学应用；发展 1智能材料的概述 1.1定义：智能材料（Intelligent material），是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。 基本特征：因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征： （1）传感功能（Sensor）

超硬材料及制品的基本知识

超硬材料及制品基本知识 一、超硬材料概念：对于超硬材料的含义至今没有一 个公认为满意的解释。1981 年国际硬物质科学会议认为，硬度大于 1000HV 的物质均可称为硬物质，这就自然包括了金刚石和立方碳化硼。后来对这个定义进行了补充，认为能加工诸如硬质合金（硬度 1600—1800HV ）、刚玉 （—2000HV）、碳化硅（—2200HV）等这一类物质的材料称为超硬材料。目前由于金刚石和立方氮化硼等材料有其极高的硬度，所以统称为超硬材，具有硬度高、耐磨和热传导性能好、热膨胀系数低等优异性能。 二、超硬材料的分类：分为单晶超硬材料和聚晶超 硬材料（也称为“复合超硬材料”）及 3．金刚石薄膜三类。 单晶超硬材料和聚晶超硬材料的主要区别为：单晶金刚 石/立方氮化硼材料的特点为硬度更高、耐热性更好，但尺寸 较小，多用于制造锯片等切割工具；聚晶金刚石/立方氮化硼 是指以金刚石和立方氮化硼微粉等单晶超硬材料为主要原料，添加金属或非金属粘结 剂通过超高压高温烧结工艺制成的聚晶复合材料。它的特点是硬度、耐热性略 逊于单晶材料，但是由于聚晶超硬材料是内部结构紧密的金 刚石致密体，可以增加工具的切割面积，同时克服了单晶超 硬材料由于粘结面积小造成的轻易从锯片表面脱落的弊端， 具有更高的耐磨性。

金刚石薄膜是用化学气相沉积（CVD）法或其它方法在非金刚石衬底上制备出的超硬薄膜。它不仅可用于制作各种金刚石刀具，还可作为功能材料用于制作声传感器、扬声器振 动膜、红外窗口、X 光检测窗口等，应用领域十分广泛。国际上从七十年代初开始进行金刚 石薄膜的试制并迅速掀起金刚石薄膜研究开发热潮。我国从八十年代中期开始此项研究，并 已列入国家“863 计划”，现已能制备出 80mm、厚 2mm 的金刚石薄膜，并在应用研究方面取 得了不少成果，但目前总体上仍处于研制阶段，尚未达到工业化应用阶段。有人预计，金刚 石薄膜将是 21 世纪金刚石工业的主要材料，各国科学家都在为使金刚石薄膜产业化而不懈努力。 三、金刚石按用途分为两类：质优粒大可用作装饰品的称宝石级金刚石，质差粒细用于工业的称工业用金刚石。 宝石级金刚石，又称钻石，光泽灿烂，晶莹剔透，被誉为“宝石之王”，价值昂贵，是世界公认的第一货品，其占有程度和消费水平往往被视为是衡量个人和国家经济富裕程度的标志。达不到宝石级的金刚石（工业用金刚石），以其超硬性广泛用于机电、光学、建筑、交通、冶金、地勘、国防等工业领域和现代高、新技术领域。 总的来说，复合超硬材料相对于传统合金材料具有强大的替代性，市场潜力更大，广泛应用于机械、冶金、地质、石油、煤炭、石材、建筑等传统领域，电子信息、航天航空、国防等高技术领域以及汽车、家电等新兴产业。 1.1 复合超硬材料的主要产品用途 当前，复合超硬材料的产品主要分为四类：石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片、煤田矿山用聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石高品级拉丝模坯和刀具用聚晶金刚石/聚晶立方氮化硼复合片。 （1）石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片 石油天然气聚晶金刚石复合片是由无数微小金刚石颗

浅谈智能材料

浅谈智能材料 智能材料的构想来源于仿生（仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等），它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的“活”的材料。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。 具体来说智能材料需具备以下内涵： （1）具有感知功能，能够检测并且可以识别外界（或者内部）的刺激强度，如电、光、热、应力、应变、化学、核辐射等； （2）具有驱动功能，能够响应外界变化； （3）能够按照设定的方式选择和控制响应； （4）反应比较灵敏、及时和恰当。 （5）当外部刺激消除后，能够迅速恢复到原始状态。 智能材料又可以称为敏感材料，其英文翻译也有若干种，常用的有Intelligent material、Intelligent material and structure、Smart material、Smart material and structure、Adaptive material and structure等。 为增加感性认识，现举一个简单的应用了智能材料的例子：某些太阳镜的镜片当中含有智能材料，这种智能材料能感知周围的光，并能够对光的强弱进行判断，当光强时，它就变暗，当光弱时，它就会变的透明。 作为一种新型材料，一般认为，智能材料由传感器或敏感元件等与传统材料结合而成。这种材料可以自我发现故障，自我修复，并根据实际情况作出优化反应，发挥控制功能。智能材料可分为两大类： （1）嵌入式智能材料，又称智能材料结构或智能材料系统。在基体材料中，嵌入具有传感、动作和处理功能的三种原始材料。传感元件采集和检测外界环境给予的信息，控制处理器指挥和激励驱动元件，执行相应的动作。 （2）有些材料微观结构本身就具有智能功能，能够随着环境和时间的变化改变自己的性能，如自滤玻璃、受辐射时性能自衰减的Inp半导体等。

智能材料

智能材料 智能材料（Intelligent material），是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。一般说来，智能材料有七大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。 定义 智能材料目前还没有统一的定义。不过，现有的智能材料的多种定义仍然是大同小异。大体来说， 智能材料料就是指具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。具体来说，智能材料需具备以下内涵：(1)具有感知功能，能够检测并且可以识别外界(或者内部)的刺激强度，如电，光，热，应力，应变，化学，核辐射等； (2)具有驱动功能，能够响应外界变化； (3)能够按照设定的方式选择和控制响应； (4)反应比较灵敏,及时和恰当； (5)当外部刺激消除后,能够迅速恢复到原始状态。 智能材料又可以称为敏感材料，其英文翻译也有若干种，常用的有Intelligent material，Intelligent material and structure，Smart material，Smart material and structure，Adaptive material and structure等.。 分类 作为一种新型材料，一般认为，智能材料由传感器或敏感元件等与传统材料结合而成。这种材料可以自我发现故障，自我修复，并根据实际情况作出优化反应，发挥控制功能。智能材料可分为两大类： （1）嵌入式智能材料，又称智能材料结构或智能材料系统。在基体材料中，嵌入具有传感、动作和处理功能的三种原始材料。传感元件采集和检测外界环境给予的信息，控制处理器指挥和激励驱动元件，执行相应的动作。 （2）有些材料微观结构本身就具有智能功能，能够随着环境和时间的变化改变自己的性能，如自滤玻璃、受辐射时性能自衰减的Inp半导体等。 这只是一种比较笼统的分类方法，由于智能材料还在不断的研究和开发之中，因此相继又出现了许多具有智能结构的新型的智能材料。如，英国宇航公司在导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间，仅为10分钟；在压电材料、磁致伸缩材料、导

超材料技术发展

[转载]西苑沙龙第一次会议——超材料技术发展战略研讨会召开 2013年5月8日，第一次西苑沙龙会议在北京西苑饭店召开。此次会议的主题为“超材料技术发展战略”。超材料是新材料技术发展的热点方向，备受科技界和产业界的关注。来自863计划新材料技术领域主题专家、科技界和工业部门等的14位专家参加了会议。 会议邀请了863计划新材料领域新型功能与智能材料专家组召集人周少雄教授，做了题为“超材料技术发展战略思考”的主题报告，并邀请深圳光启研究院刘若鹏院长等4位专家就工业级超材料技术的创建与发展、超材料在微波光波等领域应用、超材料与自然材料的融合等方面问题做了专题报告。与会专家就超材料概念、应用前景、面临的挑战、技术路线、发展重点等展开了热烈的讨论和争论，各抒己见，并就我国超材料技术发展战略与对策提出宝贵的意见和建议。 附： “西苑沙龙”是科技部高技术研究发展中心为了推动国家科技计划相关领域发展战略研究，举办的以西苑饭店为场地的系列科技发展战略和学术研讨沙龙活动。沙龙重点围绕高技术、基础研究及其学科交叉领域的发展前沿与趋势、重大应用和产业发展需求方面的重大问题，探讨科技前沿、讨论最新突破性进展，展望未来发展趋势。沙龙鼓励与会者本着“客观、求实，融合、创新”的原则，以客观求实的态度，发表自己的学术观点；鼓励和引导多学科交叉融合，激励创新思想。 德国研制出“隐热”衣让热“弯曲”传导 利用特殊的超介质材料让光线、声音绕过物体传播，能达到隐形、隐身的效果。据物理学家组织网5月9日（北京时间）报道，最近，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）研究人员成功演示了超材料同样也能影响热的传导。他们的“隐热”衣能让热力“弯曲”似的、绕过中央的隐藏区而传导。相关论文发表在最近的《物理评论快报》上。 这种“隐热”衣是用铜和硅制造的一个盘子，盘子虽能导热但其中心的圆形区域却不会受热力影响。“这两种材料必须排列得十分巧妙。”论文第一作者、KIT的罗伯特·斯奇特尼解释说，铜是热的良导体，而所用的硅材料叫做PDMS，是一种不良导体。“我们给一个薄铜盘制作了多重环形花纹的硅结构，使它能从多个方向，以不同的速度来传导热量，这样绕过一个隐藏目标所需的时间就能互相弥补。” 如果给一个简单的金属盘的左边加热，热量会一致地向右传导，盘子的温度从左到右会呈下降趋势。如果用这种铜硅超介质材料来做这个实验，也会表现出类似现象，但却只在盘子外圈呈现温度从左到右的下降，没有热量能穿透到内部，在内圈没有任何被加热的迹象。