什么是超材料?类型及应用介绍 2200 2023-04-27 15:43:30 作者:2200 3564 收藏 1.超材料超材料(metamaterial)是一种新型人工电磁材料的总称,其包括尺寸和间距远小于工作波长的金属或介质周期结构。近年来,超材料已成为科学技术的研究前沿之一。超材料具有天然材料所不具备的超常物理性质,其物理性质不取决于其组成材料本身,而是由单元结构所决定。超材料对物理场具有超强操控能力,因此可以突破传统材料的物理极限,实现诸多新颖功能和重要应用。2.常见的超材料及应用(1)光子晶体光子晶体由周期性介质、金属电介质甚至超导体微结构或纳米结构组成。与半导体晶体中的周期性电势影响电子传播的方式相同,光子晶体的周期性也能够影响电磁波传播的方式,存在电子的导带和禁带。能带结构决定了光子晶体的色散特性,不同频率的波在光子晶体中有不同的传播特性。与左手特性超材料一样,光子晶体也能够通过材料的周期排布实现负折射率特性。光子晶体代表了另一类超材料,具有传统介质所没有的电磁特性。光子晶体由于其特殊的物理特性,在许多领域都有广泛的应用,例如光子晶体光纤、光子晶体透镜和基于光子晶体的激光器等等。(2) 双曲超材料超材料是人工亚波长结构的介质,表现出不寻常的光学特性。双曲超材料是一种特殊的表面等离子激元超材料,其具有双曲型色散和高度各向异性的特点。由其等效电和(或)磁张量决定,磁导率(ε)或介电常数(μ)张量的一个方向与其他两个方向的符号相反。根据平行和垂直于各向异性轴分量的符号可以把双曲材料分为Ⅰ类双曲材料和Ⅱ类双曲材料。最近,双曲超材料已成为一个研究的热点。研究方向包括自发辐射增强、热传输和声学等领域的应用。(3)石墨烯超材料2004年,《科学》杂志发表了英国曼彻斯特大学的 Novoselov 和 Geim 研究小组的报告,他们通过用胶带反复剥离石墨获得了原子级厚度的二维石墨烯,这引发了科学界的强烈反响。石墨烯是一种具有蜂窝状结构的二维材料,单层石墨烯的厚度仅约为 0.34 纳米。它具有优良的电学、光学、力学和热性能。其杨氏模量约为 0.9 TPa ~ 1.1 TPa,固有强度为 120 GPa ~ 140 GPa,力学强度高于金刚石;在可见光和 IR 波段的透光率极高,一层石墨烯对于入射白光的吸收率只有 2.3%;石墨烯的导电性很好,石墨烯中的电子费米速度约为光速的 1/300,载流子运动速度非常快,高于其他半导体材料,可用于制造高速电子器件。由于这些优异的性能,石墨烯具有非常好的应用前景。以上梳理了超材料的定义、类型及应用,希望对你有所帮助,如果你想了解更多相关内容,敬请关注三个皮匠报告的行业知识栏目。推荐阅读:中国移动:6G信息超材料技术白皮书(2022)(28页).pdf什么是钕铁硼材料?分类有哪些?应用一览什么是碳基材料?分类有哪些? 本文标签 超材料 超材料类型 超材料应用 超材料定义