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六大“超材料”都是什么

“超材料（metamaterial）”指的是一些具有人工設計的結構并呈現出天然材料所不具備的超常物理性質的復合材料?！俺牧稀保∕etamaterial）是21世紀以來出現的一類新材料，其具備天然材料所不具備的特殊性質，而且這些性質主要來自人工的特殊結構。超材料的設計思想是新穎的，這一思想的基礎是通過在多種物理結構上的設計來突破某些表觀自然規律的限制，從而獲得超常的材料功能。超材料的設計思想昭示人們可以在不違背基本的物理學規律的前提下，人工獲得與自然界中的物質具有迥然不同的超常物理性質的“新物質”，把功能材料的設計和開發帶入一個嶄新的天地。典型的“超材料”有：“左手材料”、光子晶體、“超磁性材料”、“金屬水”。

1、自我修復材料——仿生塑料：伊利諾伊大學的Scott White研發出了一種具備自我修復能力的仿生塑料。這種聚合物內嵌有一種由液體構成的“血管系統”，當出現破損時，液體就可像血液一樣滲出并結塊。相比其他那些只能修復微小裂痕的材料，這種仿生塑料可以修復4毫米寬的裂縫。

2、熱電材料：一家名為Alphabet Energy的公司開發出了一種熱點發電機，它可被直接插入普通發電機的排氣管，從而把廢熱轉換成可用的電力。這種發電機使用了一種相對便宜和天然的熱電材料，名為黝銅礦，據稱可達到5-10%的能效。科學家們已經在研究能效更高的熱電材料，名為方鈷礦，一種含鈷的礦物。熱電材料目前已經開始了小規模的應用——比如在太空飛船上——但方鈷礦具備廉價和能效高的特點，可以用來包裹汽車、冰箱或任何機器的排氣管。

3、鈣鈦礦：除晶體硅外，鈣鈦礦也可可用來制作太陽能電池的替代材料。在2009年，使用鈣鈦礦制作的太陽能電池具備著3.8%的太陽能轉化率。到了2014年，這一數字已經提升到了19.3%。相比傳統晶體硅電池超過20%的能效?？茖W家認為，這種材料的性能依然有提升的可能。鈣鈦礦是由特定晶體結構所定義的一種材料類別，它們可以包含任意數量的元素，用在太陽能電池當中的一般是鉛和錫。相比晶體硅，這些原材料要便宜得多，且能被噴涂在玻璃上，無需在清潔的房間當中精心組裝。

4、氣凝膠：氣凝膠可由任意數量的物質所制成，包括二氧化硅、金屬氧化物和石墨烯。由于空氣占了絕大部分比重，氣凝膠還是一種絕佳的絕緣體。它的結構也賦予其超高的強韌性。NASA的科學家已經在實驗一種由聚合物所制成的柔性氣凝膠，作為太空飛船在穿過大氣層時的絕緣材料。

5、Stanene——導電率100%的材料：和石墨烯一樣，Stanene也是一種由單原子層所制作的材料。但由于使用了錫原子而非碳原子，這使其具備了石墨烯所無法實現的特性：100%的導電率。Stanene在2013年由斯坦福大學張首晟教授首次進行了理論化。預測Stanene這類材料的電子屬性是張教授的實驗室所擅長的領域之一，根據他們的模型，Stanene是一種拓撲絕緣體，也就是說，它的邊緣是導體，而內部是絕緣體。這樣一來，Stanene就能在室溫下以零阻力導電。

6、光操縱材料：光操縱超材料的納米結構能夠以特定的方式對光線進行散射，它或許真的可以讓物體隱形。根據制作方式和材料的不同，超材料還能散射微波、無線電波、和不太為人所知的T射線。實際上，任何一種電磁頻譜都能被超材料所控制。