超材料是什么?“哈利波特的隱形衣”常常被拿出來直觀解釋這個問題，作為一種被認為具有顛覆性意義的材料，超材料的應用又絕不僅僅在于“逆光隱身”這一項，在不遠的將來，它將在諸多領域改變我們的生活。可以說，有了超材料，童話將成為現(xiàn)實。

　　人工創(chuàng)造新物質(zhì)

　　“改變物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有兩種方式，一種是自然作用，自然界原本就有若干種元素，還有分子和晶體、非晶體的排布形式，這些構(gòu)成了自然界的材料。還有一種是人工的方式，在人類技術手段可改變的層次和尺度上進行物質(zhì)重構(gòu)，人的方式和自然的方式不一樣，可以創(chuàng)造出自然界不存在的新物質(zhì)、新材料，具備遠超自然界物質(zhì)特性的新特性。”在近日由中國復合材料學會承辦的第99期中國科學技術協(xié)會“新觀點新學說”學術沙龍上，深圳光啟高等理工研究院的高級科學家岳玉濤解釋了何為超材料。

　　迄今為止，我們所使用的大部分材料都是建立在天然物質(zhì)改進提高的基礎上。例如，遠古時代的人們在勞動中發(fā)現(xiàn)泥入火中，松軟變?yōu)閳怨蹋麄冇媚嗤吝@種材料燒制磚瓦建造容身之所，燒制碗罐儲存食物。后來，人們發(fā)現(xiàn)使用化學或物理的方法，在玻璃表面形成壓應力就可以提高玻璃的強度與承載能力，從而誕生了應用于家具、建筑門窗等的鋼化玻璃材料。然而隨著材料設計和制備技術不斷改進提高，對天然材料各種性質(zhì)和功能的進一步發(fā)掘與利用的潛力空間逐漸縮小并趨于極限，依托于人工之手制造超材料的思想應時而出。

　　作為21世紀物理學領域出現(xiàn)的一個新學術名詞，顧名思義，超材料即“具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復合結(jié)構(gòu)或復合材料”。

　　計算機編寫新材料“DNA”

　　那么，我們又通過什么樣的手段獲取這種與眾不同的排列方式呢?

　　“計算機技術和微納米加工技術可以說是‘父與母’，生了超材料這個‘兒子’。”岳玉濤以形象的比喻追溯了超材料誕生的奧秘。

　　實際上，超材料科學就是由兩個技術的交叉產(chǎn)生的，一個是計算機技術，一個是微加工技術。計算機技術從需求和用途出發(fā)，逆向把超材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計、計算出來，可以稱之為“父親”，而微納米加技術是把實體材料生產(chǎn)出來的過程，因而是“母親”。

　　超材料很重要的一個特征，是在某一個微結(jié)構(gòu)層次上，通過人工的設計實現(xiàn)性能的提升。這些人工微結(jié)構(gòu)有千千萬萬個，可以用一個巨大的數(shù)據(jù)庫歸納起來。很多不同的微結(jié)構(gòu)以某種形式組合在一起，最終就會形成一種擁有特定功能的優(yōu)異新材料，而這些微結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫對應，就有一個編碼，每種材料對應著一系列的編碼，就像人的基因DNA一樣，一個特定的基因編碼就決定了一種材料的特征。當需要具有特定功能的新材料時，可以通過龐大的超級計算機編寫出來其“DNA”序列，進而通過微納米加工技術生產(chǎn)出新材料。

　　超材料融入百姓生活

　　目前，超材料在各行各業(yè)已有廣泛應用。在衛(wèi)星通信領域，依托于超材料生產(chǎn)的衛(wèi)星天線更輕、更薄、更便宜，可為飛機、火車、船舶、汽車以及其他遠離移動網(wǎng)絡的平臺提供寬頻的衛(wèi)星通信，使人們在飛機上能享受到更快、更便捷的網(wǎng)絡連接服務。除此以外，在不久的將來，可自我修復的材料、熱電材料、氣凝膠材料、導電率100%的超導材料和光操縱材料等也將分別以各種應用形式走入大眾生活。例如，英國布里斯托大學的研究者發(fā)明了一種具備自我修復能力的顯示屏材料，有望在未來幾年被應用到智能手機上。如果成真，即便摔碎了手機屏幕，也無需承受昂貴的更換費用，只待其自動愈合即可;而增加了氣凝膠材料的沖鋒衣，隔熱性好，且輕薄、防水、防風，在寒冷的地方也不必穿太厚的冬衣了;光操縱材料則讓哈利波特的隱形斗篷變?yōu)楝F(xiàn)實，超材料的納米結(jié)構(gòu)能夠以特定的方式對光線進行散射從而達到隱身的目的。

　　造物之手一旦由人類操縱，所產(chǎn)生的能量無疑十分神奇，超材料這種人工創(chuàng)造的新物質(zhì)，未來必定還會有更令人驚異的用途，這值得人們期待。