材料選用、設計與前沿
超材料
超材料的性質來自它的「結構」而非「化學組成」:用比所涉波長還小的精細工程圖案,賦予它天然材料沒有的行為。這有點像喇叭陣列靠排列方式塑造聲音,而不是靠喇叭本身的材質。
概念是把次波長(比波長小)的單元——環、桿、晶格——排列起來,讓整體平均後的反應變得奇特。你可以得到負折射率(光往「錯」的方向彎)、隱形(把波平順地導引繞過某個隱藏區域)、負蒲松比(拉伸時反而變胖的拉脹材料/auxetics),或對聲波、甚至地震波的精細操控。在每一種情況裡,起作用的都是那個重複的次波長幾何,而不是基底材料。
這對超透鏡、隱形斗篷、小型天線、隔振與超輕晶格都很重要。誠實的提醒:多數超材料只在很窄的波長帶內有效、且能量損耗快,所以那些戲劇性的『隱形斗篷』展示,僅限特定頻率與角度,而非日常的可見光世界——至少目前還不是。
普通玻璃讓光往一個方向彎,方向由它的化學組成決定。而由許多微小金屬開口環諧振器排成晶格的超材料——每個環都遠小於波長——卻能給出負折射率,把微波往『錯』的方向彎,這是任何天然材料都做不到的。訣竅完全在那個重複的次波長圖案,而不在環是用什麼做的。
是次波長的結構、而非化學組成,讓超材料擁有大自然從未提供的行為。
多數超材料只在很窄的波長帶內有效,且能量損耗快,所以那些戲劇性的『隱形斗篷』展示,僅限特定頻率與角度,而非日常的可見光。
又称
另见