超材料（Metamaterial），又稱(chēng)特異材料，是21世紀(jì)物理學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)的一個(gè)新的學(xué)術(shù)詞匯，其定義是“具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料”。近些年來(lái)，超材料在國(guó)際上引起越來(lái)越大的關(guān)注，并正在尖端領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。
一、用于平面天線(xiàn)的超材料
2014年，英國(guó)BAE系統(tǒng)公司和倫敦大學(xué)合作，創(chuàng)造了一種制造平面天線(xiàn)透鏡的新穎超材料，可使電磁波通過(guò)透鏡聚焦，從而實(shí)現(xiàn)提高天線(xiàn)增益和增強(qiáng)方向性的目的。這一突破可能使飛機(jī)、艦艇、無(wú)線(xiàn)電和衛(wèi)星天線(xiàn)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生劃時(shí)代的變革。這種平面透鏡具備曲面透鏡的電磁屬性，同時(shí)保留同樣的寬帶性能。這種復(fù)合超材料透鏡能夠嵌入飛機(jī)的蒙皮中，是對(duì)目前的機(jī)載天線(xiàn)的一個(gè)重大飛躍。使用新型平面天線(xiàn)技術(shù)，可以用一個(gè)天線(xiàn)替換過(guò)去不同頻率工作的多個(gè)天線(xiàn)。超材料天線(xiàn)具有質(zhì)量低、靈敏度高和方向性好的優(yōu)點(diǎn)，是雷達(dá)、戰(zhàn)斗機(jī)、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的必備材料。
二、捕獲微波能量的超材料
2013年，美國(guó)杜克大學(xué)設(shè)計(jì)了一種能量采集器，可調(diào)諧捕捉到的微波信號(hào)。能量采集器的關(guān)鍵在于應(yīng)用了超材料，其人工設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以捕捉各種形式的波能并調(diào)諧為可用能量，其能量轉(zhuǎn)換效率接近于太陽(yáng)能電池。此無(wú)線(xiàn)能量采集器件可將微波信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓，為手機(jī)電池或其他小型電子設(shè)備充電。能量采集器工作原理與將光能轉(zhuǎn)換為電能的太陽(yáng)能電池相似。這種通用能量采集器可以采集其他能源的信號(hào)，包括衛(wèi)星信號(hào)、聲波信號(hào)或Wi-Fi信號(hào)。超材料結(jié)構(gòu)電路還可用于其他類(lèi)型的能量采集，如振動(dòng)能和聲能。這種超材料能量采集器可以制作到手機(jī)上，在閑置時(shí)允許手機(jī)無(wú)線(xiàn)充電。
三、具備隱身功能的超材料
2014年，美國(guó)中佛羅里達(dá)大學(xué)科學(xué)家創(chuàng)造了被稱(chēng)為超材料的人造納米結(jié)構(gòu)，可以使光彎曲。在一個(gè)物體周?chē)刂坪蛷澢饩€(xiàn)從而使肉眼難以看到物體。天然材料不可能將光線(xiàn)彎曲，這種人造納米結(jié)構(gòu)超材料卻可以實(shí)現(xiàn)此功能，在3維空間通過(guò)結(jié)構(gòu)操縱、控制電磁響應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)光的精確控制。利用此技術(shù)可以使戰(zhàn)斗機(jī)隱身于探測(cè)系統(tǒng)，不被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)。
最近幾年，國(guó)際上還開(kāi)發(fā)出各種各樣的物理隱形衣。除了光學(xué)隱形衣使對(duì)象難以看到，還開(kāi)發(fā)出其他類(lèi)型隱形衣可以讓熱或聲音不受影響地穿過(guò)；還報(bào)道開(kāi)發(fā)出了一個(gè)全新的力學(xué)隱形衣，它使對(duì)象難以觸摸到。這種隱形衣由聚合物超材料制成，是一種亞微米精度結(jié)構(gòu)的晶體材料，由針形錐體組成。對(duì)此結(jié)構(gòu)，手指或測(cè)量?jī)x器無(wú)法感受到它的存在。
四、寬帶太赫茲通信用超材料
2014年，美國(guó)能源部Ames實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證了采用超材料可產(chǎn)生寬頻帶太赫茲（THz）電磁波。THz電磁波位于電波（如微波和無(wú)線(xiàn)電波）和光波（如紅外和紫外波）之間的中間頻帶。此發(fā)現(xiàn)將有助于開(kāi)發(fā)無(wú)損成像和傳感技術(shù)，使THz速率的信息通信、信息處理和存儲(chǔ)成為可能。