超材料：创新材料思维 拓展产业疆界-论文.pdf

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1、IFOREWORD}E团超材料●■创新材料思维拓展产业疆界随着传统材料日渐暴露出在设计思路上的局限性，提高材料综合性能的难度越来越大，材料的高性能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。在此背景下，一个被遗忘数年的设想重新获得科学界和材料界的关注，并依此展开研究，近年来取得了不少成就。201O年，美国科学杂志将超材料列为21世纪前1o年自然科学领域的1o项重大突破之一。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

2、，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“左手关系”。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、倏逝波放大、完美透镜效应以及负切伦科夫辐射等。这种设想在当时一经提出，就被科学界认为是“天方夜谭”，由于没有具体的实验验证，之后这一设想就湮没于质疑之声中。2006年英国帝国理工学院的彭德利设计出了具有零折射率的材料，并制作出了“隐身斗篷”。至此，超材料被真正制造出来。超材

3、料的诞生，不但引起了军方的高度重视，而且迅速传递到了科技界和产业界，成为各国追逐的焦点。由此，人们可以在不违背物理学基本规律的前提下，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”，用这种“新物质”开辟出全新的应用疆界。、由于超材料的材料创新设计思路及其超常的性能，美国、欧盟、日本等发达国家和地区均在超材料方面进行了投入。2013年，全球超材料产业市场规模约2．9亿美元，据美国BccP~esearch公司预测，未来2o年其年均复合增长率将超过2o％，前景十分广阔。我国在超材料领域内的研究起步较早，发

4、展处于国际同步地位。十余年来，通过国家“863”计划、“973”计划、国家自然科学基金等科技计划对超材料给予有力支持。现阶段，清华大学、深圳光启研究院、哈尔滨工业大学、西北工业大学等单位在光子晶体、负介电常数材料、电流变液软材料，以及左手超材料等领域已取得明显成就。部分科研机构也已制造出多项高性能超材料器件和产品。截至2013年，国内机构申请超过2400件超材料领域核心专利，占该领域专利申请总量的85％，位居世界前列。我们常说“一代材料，一代装备”。创新材料的诞生及发展必将会催生出全新的产业领域。现阶段，我国超材料

5、产业才刚刚起步，在设计能力、加工制备技术、测试设备及水平等方面还存在相当多的不足，我国的产业部门也正在积极研究并制定超材料产业的相关发展路线。然而，纵观科技发展的历史，有着太多科学技术推动商业进步，改变认知和生活方式的鲜活故事。诞生不久就受到全世界拥趸的“超级材料”能够否成为下一个新材料传奇?不禁令人无限地遐想和期待。咖lO．3969／j．issn．1008-892X．2014．09．001新栅斟产业NO．02014皿