多尺度金属超材料 - 360文档中心

超材料金属板透视装置设计

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可编程力学超材料的结构设计与异常形变研究_概述

可编程力学超材料的结构设计与异常形变研究概述1. 引言1.1 概述可编程力学超材料是一种具有特殊结构和材料组合的材料，其力学行为可以通过外部输入进行控制和调节。

与传统材料相比，可编程力学超材料能够展现出非常丰富和独特的力学性能和形变效应，具有广泛的实际应用潜力。

该领域已经引起了众多科学家和工程师的关注，并取得了令人瞩目的研究进展。

1.2 文章结构本文将首先介绍可编程力学超材料的定义和原理，包括其概念、基本原理以及研究发展历史。

接下来，将重点讨论可编程力学超材料的结构设计方法与策略，包括材料选择与参数优化、结构组合及排列方式的设计以及基于数值模拟的方法与策略。

随后，将详细探讨力学超材料中的异常形变现象，并分析这些异常形变现象对应用领域的影响。

最后，通过案例分析实验研究和数值模拟方法在异常形变现象研究中的应用，来深入了解这些形变现象。

最后，总结本文主要研究结果并对可编程力学超材料未来发展方向进行展望。

1.3 目的本文的目的是提供一个关于可编程力学超材料结构设计与异常形变研究的概述，以帮助读者了解该领域的基本概念、原理和发展历史。

同时，将介绍不同的结构设计方法与策略，并探讨力学超材料中的异常形变现象及其在应用领域中的影响。

通过案例分析实验研究和数值模拟方法在异常形变现象研究中的应用，旨在为读者提供深入了解和掌握可编程力学超材料领域重要研究进展的机会。

最后，在结论部分对本文所涉及内容进行总结，并对可编程力学超材料未来的发展方向给出展望。

2. 可编程力学超材料的定义和原理：2.1 可编程力学超材料的概念介绍：可编程力学超材料是一种具有特殊结构和材料组成，并通过外部激励或控制可以实现形状、刚度或其他力学性质可调节的材料。

它们通常由多种微观结构单元组成，这些单元彼此之间通过精确选择的连接方式相互作用。

可编程力学超材料展示出非凡的性能，如均匀应变分布、弯曲、压缩等形变效应，同时还具备高度迅速的响应速度和较大的形变范围。

超材料发展现状及应用前景分析

超材料发展现状及应用前景分析作者：韩雅娟褚文博来源：《新材料产业》 2014年第9期文 /韩雅娟褚文博中国国际工程咨询公司超材料（metamaterials）是一种人工电磁功能材料，由经过设计的金属微结构按既定的排布，镶嵌在树脂或陶瓷材料中构成，可实现对电磁波的调制，改变电磁波的传播方式等。

该种材料可突破某些表观自然规律的限制，从而获得超常的材料功能，为新材料设计开发带来新的机会。

作为一项诞生于 2000年的新兴交叉学科，超材料曾两次入选美国《科学》杂志“世界十大科技突破”，并于2010年被美国《科学》杂志评为过去10年中人类最重大的 10项科技突破之一。

一、超材料应用前景广阔超材料融合了电子信息、数理统计、生物医学、无线通信等新兴尖端领域先进技术，可广泛应用于航空航天、无线互联、生物医疗等众多高新技术领域。

因其特殊的电磁性能，超材料在雷达、隐身、电子对抗等诸多技术领域拥有巨大的应用潜力和发展空间。

突破吸波理论极限的超高性能吸波超材料以及透明超材料已在隐身飞机上投入应用。

超材料电磁薄膜卫星平板接收天线实现了平面化，具有小型化、可拼装的特点，是对传统抛物面天线的一次革命性技术创新。

采用超材料技术制造的高频射频器件，其体积和质量是同类产品的 1/4，峰值功率可达同类产品的 4倍。

此外，采用超材料技术，针对密度高、流量大、电磁环境复杂的WiFi无线覆盖解决方案也即将投入应用。

2013年，全球超材料产业市场规模约 2.9亿美元。

而据美国BCC Research公司预测，2019年超材料市场规模将达到 12亿美元，2024年则将达到30亿美元。

预计2019-2024年的年均复合增长率将超过 20%。

其中，电磁超材料将占到全部超材料市场规模的 40%～45%，应用前景十分广阔。

二、发达国家将超材料列入重要的战略领域、产业化技术逐步成熟美国、日本及欧洲等国家将超材料作为具有国家战略意义的新兴产业，积极投入到超材料技术的研发中，力争在超材料领域占据主导地位。

超材料的最新研究进展

超材料的最新研究进展超材料是指那些具有超常规特性和功能的材料，通常是由各种复合材料组成的。

这些复合材料可以控制光、声、热、电磁和力学领域中的物理特性，从而被广泛地应用于许多工业领域，如光电信息、能源、生物医学、机械、海洋等领域。

今天，我们将会讨论超材料的最新研究进展。

超材料的种类目前，超材料可以分为两大类：负折射和超透镜。

负折射材料是指那些可以引导光线穿过一个聚焦点，而非向外散开的材料。

纳米银球和纳米管就是负折射的经典例子。

超透镜则是将光线聚焦在微米或亚微米尺度，以便让我们看到更大的图像。

在超透镜中，单层石墨烯是最常见的选择。

超材料的优点超材料具有诸多优点，例如可以实现摆脱光学衍射极限、实现低损耗的电磁波吸收、制造更灵活的透镜系统、制造激光和光纤通讯器件等。

因此，超材料研究一直是科学界广泛关注的热门方向。

超材料在光学和电磁学中的应用在光学和电磁学中，超材料是一种强化效应的材料。

这些材料既可以扩展波长范围，也可以嵌入到一些小型化设备中。

目前，科学家们已经成功地将超材料用于各种机械和电子设备，如手持式激光指示器和无线电波传输器。

此外，超材料的应用领域还包括光纤通讯、纳米电子学、生物和医学成像、光学计算和透镜制造等。

近年来，在超材料研究领域，关于驻波光和平面波模式的控制已经取得了较大的进展。

例如，超材料神经元的研究可以实现神经元之间的光学通信，并在神经元之间传输信息，这有望促进神经网络科学的发展。

超材料在生物医学方面的应用在生物医学领域，超材料也被广泛应用。

科学家们利用超材料制造出一些具有特殊形态的菌群，从而能够阻止和破坏病原体的生长和繁殖，甚至预防疾病和扩散。

此外，超材料还可以制造出一些具有针对性的药物和检测设备，以便更加准确地诊断和治疗疾病。

结论总体来说，超材料研究在科学和技术领域中发挥着越来越重要的作用。

未来，科学家们将在这个领域内不断地探索，不断创新，并利用超材料制造出更多的高性能材料和设备，为人类的科技进步作出更大贡献。

超材料简介课件

日期:•超材料概述•超材料的发现与发展•超材料的制备方法•超材料的用途与性能目•超材料的应用领域•超材料的研究挑战与展望录超材料概述01它是一种具有特殊物理性能的新型材料，其性能可随其组成和结构的变化而改变。

超材料的设计和制造方法可以包括纳米技术、微电子技术、化学合成等。

超材料是一种人造的复合材料，其性能和功能远超过其基本成分。

超材料具有超常的物理性能，例如超导性、超透性、超强度等。

超材料的特性与其组成和结构密切相关，可以通过调整其组成和结构来优化其性能。

超材料的设计和制造需要精确控制其微观结构和性能，因此需要高精度的制造技术和先进的测试方法。

子超材料等。

根据其功能和应用领域，超材料可分为电磁超材料、光学超材料、机械超材料等。

超材料还可以根据其制造方法分为纳米超材料、微米超材料等。

超材料的发现与发展02天然材料人类最早使用的材料是天然材料，如木材、石头、金属等。

这些材料是由自然界中的元素和化合物组成。

人造材料随着科技的发展，人类开始制造出各种人造材料，如塑料、玻璃、陶瓷等。

这些材料是由人类通过化学反应和加工技术合成的。

超材料的起源超材料是一种新型的材料，它不同于传统的天然材料和人造材料。

超材料是由人类通过设计和制造，具有超常的物理性能和功能的一种材料。

超材料的设计和制造需要高水平的科技和工程能力。

超材料的起源超材料的定义01超材料是一种具有超常物理性能和功能的新型材料。

它由人类通过设计和制造，具有超常的物理性能和功能的一种材料。

超材料的设计和制造需要高水平的科技和工程能力。

超材料的分类02超材料可以根据其物理性能和功能的不同进行分类。

常见的超材料包括左手性材料、右手性材料、超导材料等。

这些不同类型的超材料具有不同的物理性能和功能。

超材料的制备方法03超材料的制备方法包括薄膜沉积、纳米加工、3D打印等技术。

这些技术可以制造出具有特定物理性能和功能的超材料。

超材料与新一代信息技术相结合，可以开发出更多具有创新应用场景的材料。

超材料的研究进展及其应用前景

超材料的研究进展及其应用前景超材料是一种新型材料，由于其独特的物理特性和表现，近年来受到了越来越多科学家的关注和研究。

它是指在纳米尺度下，通过对材料进行精密设计，使得材料在电磁波、热、光等方面表现出超常的特性。

超材料的研究不但能够使我们更好地理解基础科学，同时也拓展了许多实际应用领域的可能性，如电子、计算机、无线通信和太阳能发电等。

本文旨在介绍超材料的研究进展及其应用前景。

一、超材料的物理特性超材料在电磁波方面具有反常的反应能力。

这意味着它可以被设计成有效的控制电磁波的工具，例如，可以制造出可以隐形的材料，或者制造出具有高频射频的电路元件，甚至可以获得极为精密的光学性质。

此外，超材料还具有其他一些特性，如对热、声波、电子和其他物质具有一定的影响效果。

在过去的几十年里，研究人员对超材料的研究进行了大量的工作，目前已经发展出了多种不同的材料和设计方法。

其中，最常用的超材料包括金属和介质的复合材料和微结构物体。

这些超材料可以通过纳米工程等技术来制造，而复合材料的基础建立在晶格断裂和其他材料缺陷建设上。

二、超材料的应用1. 电磁波控制超材料在电磁波控制方面应用广泛。

近年来，科学家们已经成功地利用超材料制造了人造隐身材料，这种材料具有特殊的形状和结构，可以有效地抵消雷达等电磁波。

此外，超材料还可以用于制造高频射频的元器件和天线，从而提高设备的通信性能。

2. 光学器件超材料在光学领域的应用也非常广泛。

例如，利用超材料可以制造出具有负折射率的介质材料，从而实现反射和干涉特性的控制。

这些特性可以被用于设计和制造具有复杂形状和结构的透镜、玻璃等光学器件。

3. 太阳能电池超材料在太阳能电池方面也具有应用前景。

可以利用超材料改变光的吸收和散射特性，从而提高太阳能电池的吸收效率。

此外，超材料还可以被用于制造太阳能电池的组件，如集光器或反射器，从而减少器件的重量和成本。

4. 生物医学超材料在生物医学方面也有着广泛的应用，例如利用超材料可以制造出纳米级别的显微镜和光成像技术，可以更好地观察生物体内的细胞和分子结构。

超材料的研究进展和应用前景

超材料的研究进展和应用前景超材料是一种具有特殊光学和电磁性质的材料，因其具有异常的光学和电学性质，具有广泛的应用前景，引起了人们的极大关注。

本文将简要介绍超材料的研究进展和应用前景。

一、超材料的基本概念超材料，又称为“人工电磁材料”（Artificial Electromagnetic Materials），是一种由微观结构构成的人工材料，具有特殊的电磁性质，可用于实现超常光学现象。

超材料可以通过一系列微细的物理结构来实现，如纳米结构、光子晶体和金属/介质复合材料。

超材料的产生源于人们对材料电磁性质的研究。

传统材料的电磁性质来自于其原子和分子的电荷分布，而超材料的电磁性质来自于人工设计的微观结构。

这样，通过微型加工技术，人们可以实现对材料电磁性质的精细控制，提高材料的光学、电学、磁学性质，从而实现极佳的光学性能。

二、超材料的研究进展1. 路易斯反射镜路易斯反射镜是超材料最经典的应用之一。

路易斯反射镜的基本工作原理是利用负折射率超材料，它不仅折射入射光线，而且也将反射过来的光线集中起来。

这样，路易斯反射镜将入射光线汇聚到一个小点上，实现了聚焦的功能。

路易斯反射镜的研究不仅具有学术研究的价值，还具有很多应用价值，如聚焦透镜、天线、相机镜头等。

2. 负折射率材料负折射率材料是超材料的一个非常重要的分支，也是超材料最具有特色的一个分支。

正常物质的折射率是大于等于1的，而负折射率材料的折射率小于0，这意味着研究者可以在负折射率材料上制造出不可能在自然材料上存在的超级透镜。

实际应用方面，负折射率材料可以用于制造高清晰度、低失真的透镜，从而可以在显微镜、望远镜和医学影像等领域获得广泛应用。

3. 飞秒激光成像技术超材料可以非常精细地操纵光的行进方向和散射方式，已经被应用到飞秒激光成像技术中。

通过使用超材料，研究者可以在极短的时间内实现高密度、高分辨率的成像，这一技术已经被用于分子物理、生物医学等各个领域。

三、超材料的应用前景超材料的应用前景巨大。

超材料在声学隔离中的应用研究

超材料在声学隔离中的应用研究近年来，随着科技的迅猛发展，人们对于声学隔离技术的需求越来越高。

在噪音污染日益严重的今天，如何有效地隔离噪音成为了人们关注的焦点。

而超材料作为一种新兴的材料，在声学隔离中的应用研究引起了人们的广泛关注。

首先，让我们了解什么是超材料。

超材料是指在某些要求的频率范围内，其电磁参数、机械参数呈现出与材料天然性质不同的特殊行为的材料。

它的特殊之处在于其有效介质特性不能通过其组成材料的均质性来描述，而是由材料的多尺度结构和元胞的电磁响应决定。

因此，超材料具有负指数折射率、吸声、隐形等特殊性能。

在声学隔离中，超材料具有独特的优势。

相较于传统材料，超材料可以通过调节结构，使声音发生多种复杂折射、散射、吸收等，从而达到优化隔音效果的目的。

例如，在城市建设中，高楼大厦之间的声学隔离一直是一个难题。

传统的隔音材料往往体积庞大，难以应对不同音频的环境。

而超材料的应用研究则为解决这一问题提供了新的思路。

通过使用超材料搭建的声学隔离结构，在保持较小体积的同时，有效地隔离了噪音的传播。

此外，超材料在声学隔离中的应用还可以延伸到汽车领域。

汽车行驶过程中产生的引擎噪音和胎噪等对驾驶员和乘客的健康和舒适性造成了很大的困扰。

超材料的运用可以有效减少噪音的传播，使车内环境更加宁静舒适。

研究表明，采用超材料制成的车门内装饰材料可以减少汽车内部噪音，改善车内的声学环境。

超材料在声学隔离中的应用研究还体现在建筑领域。

建筑物外部噪音对室内工作和居住环境的影响极大，超材料的应用能够有效减少外部噪音的传播。

例如，在建筑立面墙体上使用超材料制作的隔音板，可以减少街道上的交通噪音对室内的干扰。

这种隔音效果不仅提高了居民的生活质量，还为商业区、办公区等提供了更加安静和舒适的环境。

除了汽车和建筑领域，超材料在航空领域的应用也备受关注。

航空器在高速飞行过程中产生的空气动力噪音对机舱内的人员造成了很大的危害。

超材料可以应用于航空器表面，从而减少气动噪音的产生和传播。

多尺度模拟技术在材料领域中的应用

多尺度模拟技术在材料领域中的应用随着科技的不断进步，材料科学与工程领域的研究也得到了长足的发展。

材料领域内的研究，涉及到材料的结构、性质、制备、应用等各个方面，其中最为重要且核心的环节之一就是材料的模拟与计算。

而多尺度模拟技术的应用，则是材料领域中的一大趋势和新研究方向。

多尺度模拟技术是指将材料的结构、性质等各个层面从宏观到微观进行分层次细致化的模拟研究方法。

这种方法可以针对不同的材料体系，以更加全面、系统的方式来进行研究。

通常，将材料系统划分为不同的尺度层次，这些层次可以是宏观尺度（如组织结构、形貌或力学属性）、介观尺度（如晶界或准晶界）、微观尺度（如原子结构或晶体缺陷）等，每个层次都有其独特的结构和性质，需要特定的模拟方法来研究。

多尺度模拟方法已经被广泛应用于各种材料体系中：金属、合金、聚合物、高分子复合材料、生物材料和纳米结构材料。

多尺度模拟的目的，是构建一个完整而精确的模型来描述材料的结构、性质和功能，从而可以预测材料的性能、设计材料体系和优化材料性能，最终实现材料的精细设计。

在多尺度模拟中，常常使用分子动力学（MD）和有限元法（FEM）等方法。

其中，分子动力学法是一种利用牛顿运动学公式来描述原子、离子和分子两两之间相互作用的方法。

它可以用于模拟液体，气体和固体等材料的结构和动力学行为。

与之相反，有限元法是一种广泛应用于实际工程计算中的方法，主要用于解决复杂的方程组系统和多物理量耦合问题。

有限元法可用于求解材料的固体力学、热力学和电力学等学科领域中的机械问题。

具有不同分辨率的模拟技术之间的互补性，使得多尺度模拟成为新型模拟研究领域的一个潜在热点。

尤其是在高端晶体材料、生物材料和纳米结构材料等有关材料领域中的应用，多尺度模拟技术正逐渐成为重要研究工具。

以材料性能优化为例，多尺度模拟技术可以帮助实现针对材料系统进行全面设计和优化。

例如，材料的力学性能和热学性能对于材料系统的稳定性和使用寿命至关重要。

先进材料的多尺度模拟研究

先进材料的多尺度模拟研究嘿，朋友们！今天咱们来聊聊“先进材料的多尺度模拟研究”这个听起来有点高大上的话题。

先来讲讲我前段时间的一个小经历吧。

我有个朋友在一家材料研发公司工作，有一天他愁眉苦脸地找到我，说他们正在研发一种新型的复合材料，但是在实验过程中遇到了大难题。

不管怎么调整配方和工艺，材料的性能就是达不到预期。

我就跟他说，要不试试多尺度模拟研究这个方法。

啥是多尺度模拟研究呢？简单来说，就是从不同的尺度去研究材料，就好像我们看一个人，不仅要看他的外表长相，还要了解他的内心想法、性格特点。

材料也一样，我们不能只看它宏观上的样子，还要深入到微观、纳米尺度去探究。

比如说，在宏观尺度上，我们关心材料的整体形状、尺寸、力学性能这些能直接看到和测量的东西。

就像一块金属板，我们能看到它的长度、宽度、厚度，能测试它能承受多大的压力。

到了微观尺度，那就像是进入了一个小小的微观世界。

我们能看到材料内部的晶体结构、原子排列。

想象一下，那些原子就像一群小朋友，整整齐齐或者歪歪扭扭地站在那里，它们的排列方式会直接影响材料的性能。

比如说，有的原子排列紧密有序，材料就可能更坚硬；有的排列疏松混乱，材料可能就比较软。

再到纳米尺度，这可就更精细啦！在这个尺度下，我们能研究单个纳米颗粒的特性，还有它们之间的相互作用。

打个比方，纳米颗粒就像一颗颗超级小的珍珠，它们怎么组合在一起，怎么相互“交流”，都会决定最终材料呈现出什么样的神奇特性。

多尺度模拟研究的好处可太多啦！首先，它能帮我们节省大量的时间和成本。

以前研发新材料，那就是一次次地做实验，失败了再重来，既浪费材料又耗费精力。

现在通过模拟，我们可以在电脑里先“预演”一遍，提前发现问题，调整方案，大大提高了研发效率。

而且，多尺度模拟还能让我们发现一些用传统方法难以察觉的秘密。

就像破案一样，从不同的角度去寻找线索，最终揭开谜底。

比如说，在研究一种高分子材料的时候，通过宏观模拟，我们发现它的强度不够。

数据驱动的多尺度非均质超材料结构设计方法及其应用研究

数据驱动的多尺度非均质超材料结构设计方法及其应用研究Introduction:The research on data-driven multiscale heterogeneous metamaterial structure design methods and theirapplications has gained significant attention in recent years. This field combines the principles of materials science, computer simulation, and data analysis to develop novel structures with tailored properties for various applications. In this discussion, we will delve into the fundamentals of data-driven design, explore its potential applications, and showcase some recent achievements in the field.I. Fundamentals of Data-Driven Design:Data-driven design is a methodology that leverages computational tools and machine learning techniques to optimize material structures based on predefined objectives and constraints. By integrating extensive databases, physical models, and algorithms, researchers can identifypatterns and correlations between structural parameters and desired properties. This approach eliminates trial-and-error methods and enables efficient exploration of large design spaces.数据驱动设计基础：数据驱动设计是一种利用计算工具和机器学习技术优化材料结构的方法，其基于预先确定的目标和约束条件。

声学超材料

1超材料1.1概述超材料(Metamaterials)指的是一种特种复合材料或结构，通过在材料关键物理尺寸上进行有序结构设计，使其获得常规材料所不具备的超常物理性质。

超材料由自然材料制成的“积木块”(尺寸为微毫米级)构成。

这些“积木块”称为人工原子(meta-atoms)，当不同的人工原子组合在一起时，会形成单个人工原子所没有的材料属性和功能特征。

一般情况下，常规自然材料的物理属性取决于构成材料的基本单元及其结构，例如原子、分子、电子、价键、晶格等。

这些基元与显微结构之间存在关联影响。

因此，在材料设计中需要考虑多种复杂的物性因素，而这些因素的相互影响也往往限定了材料性能固有极限。

为此，超材料设计从根本上摒弃了自然原子设计所囿，利用人工构筑的几何结构单元，在不违背物理学基本定律的前提下，以期获得与自然材料迥然不同的超常物理性质的新材料。

简言之，超材料是一大类型人工设计的周期性或非周期性的微结构功能材料，具有超越天然材料属性的超常物理性能。

超材料借助人工功能基元构筑的结构设计源起于(但不限于)对自然材料微结构的模仿，从而获得为人类所希冀的负折射、热隐身、负刚度、轻质超强等天然材料所不能呈现的光、热、声、力学等奇异性能。

从这个角度讲，超材料的结构设计理念具有方法论的意义，解除了天然材料属性对创造设计的束缚。

尽管这一理念早在上个世纪就已在电磁领域初具雏形，不过直至近十年来，方才开启研发电磁波的调控，以实现负折射、完美成像、完美隐身等新颖功能。

随着先进制造技术的进步，具有更多样化、更新奇力学特性的力学超材料物理模型也相继不断展现。

尤其是当超材料的个性化独特微结构设计与3D打印制造技术形成了完美的契合之时，两者之间相互整合协同创新，正开启全面推进材料创新设计和制造的新格局。

1.2超材料类型及研究现状材料的属性，不是仅仅由一种物性决定，也不是几种晶体学特性的总和，或是一系列的微尺度晶界工程特性来决定的，而是由材料晶体结构各个单元之间的本构关系，也就是不同晶格单元之间如何组合的结构拓扑关系所决定的，而这些外在表现出来的宏观物理学的行为属性，发挥着其应有的可利用价值。

超材料在制造业中的应用

超材料在制造业中的应用随着科技的不断进步和人们需求的不断提高，超材料已成为现代制造业中的一个热门话题。

超材料是一种新型材料，具有优异的物理性能和特殊的光电子特性，其应用领域非常广泛，尤其是在制造业中，有着独特的优势。

一、1. 纳米级材料制造超材料具有纳米级别的各向异性特性，因此在纳米技术和MEMS技术等方面有着广泛的应用。

例如，在微机械系统中，制造微机械器件时，可以利用超材料中的各向异性特性实现对微小结构的精确控制。

2. 光学应用超材料的光学性能非常优异，因此在光学领域中有广泛的应用。

例如，在激光器中，可以利用超材料的负折射率特性实现更好的聚焦效果；在太阳能电池板中，可以利用超材料的玻璃抗反射涂层实现更好的光谱透过效果。

3. 工程应用超材料在工程领域中也有着广泛的应用。

例如，在建筑物的隔热层材料中，可以通过利用超材料的热障性能实现更好的隔热效果；在燃料电池中，可以利用超材料的导电特性实现更好的电流传输效果。

二、超材料的应用优势1. 物理性能优异超材料在物理性能方面具有很高的优异性能，如对电磁波的衍射及透明性、负折射率及看不见效应等，这些特性使超材料能更好地实现在制造业中的应用。

2. 多种应用途径超材料具备多种应用途径，在光学、电子、航空、军事等行业都可以发挥一定的作用，因此，其具有更加广泛的应用前景。

3. 显著的材料经济性超材料具有较小的体积和较轻的重量，可以节省更多的材料，从而提高工作效率和降低成本，因此具有显著的材料经济性。

三、超材料在制造业中的门槛和挑战1. 制造难度较大超材料纳米尺度的制造工艺非常复杂，需要采用高精度的加工技术，如纳米级别的激光加工技术和光刻技术等。

因此，超材料的制造难度比较大，需要采用高端的制造装备和技术。

2. 成本高昂超材料的制造成本非常高，一方面是因为该材料需要采用高端的制造技术，另一方面是因为该材料的生产量很少，制造厂商必须采用小批量生产方式，因此，超材料的成本会比传统材料要高。

超材料

超材料：科学与技术发展的一种新前沿摘要：超材料指的是一些具有自然界的天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料，在近十年来已经成为了材料科学、物理、化学以及工程学等学科的前沿发展方向。

本文对超材料的基本理论与原理、最新的进展以及未来的发展方向做了详细的介绍。

首先展示了超材料的基本原理与理论以及发展历程，其次针对最新发展做了介绍，包括超透镜、隐身斗篷和光子晶体以及超材料制备等。

最后，本文对超材料研究的未来发展方向与趋势作了详细讨论。

关键字：超材料负折射完美透镜光子晶体材料制造1引言在3000多年前，人类就掌握了制铜技术，并学会了制作较高性能的铜合金的方法。

在2000多年前人们又掌握了炼铁技术。

在20世纪六十年代，半导体材料飞速发展起来。

人们在利用这些材料基本是在原子与分子级别。

近些年来纳米技术又飞速的发展，在纳米尺寸级别人类又有很多重要的发现与发明。

超材料是一种与上面所介绍的材料都不一样的全新材料。

它提供了一种可以让人们随心所欲的制造具有许多特殊物理性质的全新思路与方法。

超材料的基本设计思路是以某种具有特殊功能的人工结构为基础。

例如，材料中所呈现的一些物理性质往往和材料结构中的关键物理尺度有关，一个最直观的例子是晶体。

晶体是自然界中物质的有序结构的一个重要形式，它的有序主要存在于原子层次，正是由于在这个尺度上的有序性调制，使晶体材料形成了一些无定型态所不具备的物理特征，上面所提到的半导体材料中最重要的单晶硅即是一种典型的晶体。

由此类比，在其它层次上的有序排列则可能获得一定程度的自然界中的材料所不具备的物理性质.。

因此，人们可以通过各种层次的有序结构实现对各种物理量的调制，从而获得自然界中在该层次上无序或无结构的材料所不具备的物理性质。

2 基本原理1在电磁学理论中，介电常数与磁导率是用于描述物质电磁性质的基本物理量，决定着电磁波在物质中的传播特性。

在传统的理论中，以上两个常数都必须是为正数，负数是不具有任何物理意义的。

激光增材制备亚稳态β钛合金的多尺度调控及强韧化机制

激光增材制备亚稳态β钛合金的多尺度调控及强韧化机制1. 前言激光增材制造技术是一种新型的金属三维打印技术，通过高能激光束将金属粉末逐层熔化和凝固，实现金属件的快速制造。

相比传统的金属加工工艺，激光增材制造技术具有制造周期短、成型复杂零件能力强等优势。

而β钛合金由于其优异的机械性能和耐蚀性，在航空航天、医疗器械等领域有着广泛的应用前景。

研究激光增材制备亚稳态β钛合金的多尺度调控及强韧化机制具有重要的科学意义和应用价值。

2. 亚稳态β钛合金的调控β钛合金是一类具有良好塑性变形性能的金属材料，其具有明显的马氏体相变特征，因此具有优异的机械性能。

在激光增材制造过程中，通过合理的激光功率、扫描速度等参数调控，可以实现β钛合金微观组织的控制和调节，从而得到亚稳态β钛合金材料。

利用先进的成分设计和合金元素控制技术，也可以实现亚稳态β钛合金的定向制备，实现均匀的化学成分和微观组织调控。

3. 多尺度调控亚稳态β钛合金的多尺度调控是指对材料的宏观、显微和纳米级结构进行调节，以实现对材料性能的全面控制和优化。

在激光增材制造中，通过控制激光功率和扫描路径来实现材料的宏观结构调控，通过粉末颗粒大小和形状的优化来实现材料的显微结构调控，通过合金元素的选择和添加来实现材料的化学成分调控，从而实现材料性能的多尺度调控。

4. 强韧化机制在亚稳态β钛合金的多尺度调控中，强韧化是一项重要的工程目标。

通过调节材料的显微组织结构和化学成分，可以实现材料的强度和韧性的优化。

通过合金元素的加入可以有效提高材料的强度，而通过显微组织的控制可以提高材料的韧性。

还可以利用热处理工艺对材料进行强韧化处理，进一步提高材料的力学性能。

5. 结语激光增材制备亚稳态β钛合金的多尺度调控及强韧化机制是一项具有重要科学意义和应用价值的研究课题。

通过合理的激光增材制造工艺参数、先进的合金设计和成分控制技术，可以实现对亚稳态β钛合金材料多尺度的调控，从而实现材料性能的优化和强韧化。

制备超纳双相镁合金, 具超高强度

香港城市大学吕坚教授研究组全球首次制备出了超纳双相-玻璃纳米晶（Supra-nano-dual-phase glass-crystal）合金膜结构。

这种结构使得镁合金具备3.3GPa的超高强度，达到了近理论值E/20（其中，E为材料的杨氏模量）。

今天，相关论文在Nature线上发表。

如何使材料的强度接近理论值一直是一个研究热点，然而，其制备方法的苛刻与复杂性往往限制了其实际应用。

在材料研究领域，人们通常使用阻止位错运动的缺陷的控制来提高强度。

然而，这种强化效应不能被无限地扩大。

引入过多的缺陷会使得材料的主导变形机制由位错相关过程向缺陷软化行为转变。

例如，纳米晶/纳米孪晶材料的的强度通常位于σ =E/85区域（其中σ为强度，为E杨氏模量）。

非晶化是另一种提高材料强度的有效途径，这是由于非晶结构中不含有晶界和位错等缺陷。

材料非晶化后，其变形模式由位错活动向剪切变形完全转变。

金属玻璃（MG）的强度位于σ =E/50区域，通常高于其晶体形态。

然而，由于在形变过程中的剪切应力集中所导致的剪切带的软化效应使得MG所能承受的最大应力只能被限制在2%的应变处。

因此，非晶材料的强度也不能达到理论值。

吕坚教授研究组一直致力于MG材料及高强高韧纳米晶组织结构及其性能的研究，他们一直致力于多尺度应变非局域化高强高韧。

如该组在Physical Review Letters（Wang, Q., Liu, C. T., Yang, Y., Dong, Y. & Lu, J., Phys. Rev.Lett. 106, 215505 (2011)）上报道了在原子尺度上实现MG双相结构来讨论类二十面体短程有序结构对MG热稳定性的重要作用；在Nature Materials（Ye, J., Lu, J., Liu, C., Wang, Q. & Yang, Y., Nat. Mater. 9, 619-623 (2010)）及 Nature Communications（Wang, Q, Zhang, ST, Yang,Y, Dong, YD, Liu, CT, Lu, J, Nat. Commun. 6 (2015)）上报道了MG原子尺度的非均匀性；并于Advanced Materials（Kou, H., Lu, J. & Li, Y., Adv. Mater. 26, 5518-5524 (2014)）中预见了若MG材料中两相（两非晶相或纳米晶相-非晶相）的体积比为1:1时，材料将会出现优异的力学性能。

什么是超材料？六类超材料介绍

什么是超材料？六类超材料介绍“超材料（metamaterial）”指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。

“超材料”（Metamaterial）是21世纪以来出现的一类新材料，其具备天然材料所不具备的特殊性质，而且这些性质主要来自人工的特殊结构。

超材料的设计思想是新颖的，这一思想的基础是通过在多种物理结构上的设计来突破某些表观自然规律的限制，从而获得超常的材料功能。

超材料的设计思想昭示人们可以在不违背基本的物理学规律的前提下，人工获得与自然界中的物质具有迥然不同的超常物理性质的“新物质”，把功能材料的设计和开发带入一个崭新的天地。

典型的“超材料”有：“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料” 、“金属水”。

六类超材料1、自我修复材料——仿生塑料伊利诺伊大学的Scott White研发出了一种具备自我修复能力的仿生塑料。

这种聚合物内嵌有一种由液体构成的“血管系统”，当出现破损时，液体就可像血液一样渗出并结块。

相比其他那些只能修复微小裂痕的材料，这种仿生塑料可以修复最大4毫米宽的裂缝。

2、热电材料一家名为Alphabet Energy的公司开发出了一种热点发电机，它可被直接插入普通发电机的排气管，从而把废热转换成可用的电力。

这种发电机使用了一种相对便宜和天然的热电材料，名为黝铜矿，据称可达到5-10%的能效。

科学家们已经在研究能效更高的热电材料，名为方钴矿，一种含钴的矿物。

热电材料目前已经开始了小规模的应用——比如在太空飞船上——但方钴矿具备廉价和能效高的特点，可以用来包裹汽车、冰箱或任何机器的排气管。

3、钙钛矿除晶体硅外，钙钛矿也可可用来制作太阳能电池的替代材料[ 。

在2009年，使用钙钛矿制作的太阳能电池具备着3.8%的太阳能转化率。

到了2014年，这一数字已经提升到了19.3%。

相比传统晶体硅电池超过20%的能效。

科学家认为，这种材料的性能依然有提升的可能。

钙钛矿是由特定晶体结构所定义的一种材料类别，它们可以包含任意数量的元素，用在太阳能电池当中的一般是铅和锡。

金属增材制造的多尺度多物理场前沿计算方法

金属增材制造的多尺度多物理场前沿计算方法金属增材制造是一种快速制造技术，通过逐层堆叠金属材料来构建复杂零件。

在这个过程中，涉及到多种物理场和尺度，如热传导、熔融和凝固、应力和变形等。

为了有效地模拟和优化金属增材制造过程，需要使用多尺度多物理场的计算方法。

以下是金属增材制造的多尺度多物理场前沿计算方法的一些例子：1.热传导模拟：热传导是金属增材制造中一个重要的物理现象。

通过使用有限元法或有限差分法等数值方法，可以模拟金属粉末的加热、熔化和凝固过程，以及热量在金属材料中的传递。

2.流体动力学模拟：金属粉末在增材制造过程中通常是由气流或惰性气体推动的。

通过模拟流体动力学，可以优化气流的速度和方向，以提高金属粉末的均匀性和沉积质量。

3.熔融和凝固模拟：金属增材制造过程中的熔融和凝固过程对零件质量和性能有重要影响。

通过模拟材料的熔融和凝固行为，可以预测熔池形成和凝固结构的演化，并优化工艺参数以控制微观结构和性能。

4.应力和变形模拟：金属增材制造过程中，由于温度梯度和相变引起的热应力以及沉积层之间的界面应力等因素，会导致零件的变形和应力累积。

通过模拟应力和变形，可以优化工艺参数和支撑结构，减小变形和应力集中，提高零件的精度和强度。

5.多尺度耦合模拟：金属增材制造涉及到多种尺度的物理现象，如微观颗粒与熔融池的相互作用、沉积层与构件之间的界面行为等。

通过耦合不同尺度的模拟方法，可以更准确地预测和优化金属增材制造的过程和性能。

综上所述，金属增材制造的多尺度多物理场前沿计算方法包括热传导模拟、流体动力学模拟、熔融和凝固模拟、应力和变形模拟以及多尺度耦合模拟等。

这些计算方法的应用可以提供对金属增材制造过程中各种物理现象的深入理解，并帮助优化工艺参数和材料性能。

一种基于液态金属微流控的超材料及其制备方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810399529.3(22)申请日 2018.04.28(71)申请人北京机械设备研究所地址 100854 北京市海淀区永定路50号（北京市142信箱208分箱）(72)发明人李平　许诺　臧金良　刘立滨　(74)专利代理机构北京天达知识产权代理事务所(普通合伙) 11386代理人庞许倩　龚颐雯(51)Int.Cl.H01Q 15/00(2006.01)H01Q 17/00(2006.01)(54)发明名称一种基于液态金属微流控的超材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种基于液态金属微流控的超材料，属于电磁通信技术领域，解决了现有超材料设计加工完成后结构形态、材料属性不可动态调整的问题。

本发明公开的超材料包括底层金属层、中间介质层和设置在所述中间介质层表面的微通道阵列。

底层金属层和中间介质层为固定膜层；所述微通道中设置有液态金属，所述液态金属通过在所述微通道内流动，在所述超材料表层形成金属微结构。

通过外力驱动液态金属在微通道内流动，调节金属微结构长度或宽度尺寸，实现改变所述超材料的物理属性。

本发明进一步拓展了超材料的应用范围，极大地提高了超材料的实际应用性能。

权利要求书2页说明书6页附图3页CN 108376839 A 2018.08.07C N 108376839A1.一种基于液态金属微流控的超材料，其特征在于，包括底层金属层、中间介质层和设置在所述中间介质层表面的微通道阵列；所述底层金属层和中间介质层为固定膜层；所述微通道中设置有液态金属，所述液态金属通过在所述微通道内流动，在所述超材料表层形成金属微结构；通过外力驱动所述液态金属在所述微通道内的流动，调节所述金属微结构的长度或宽度。

2.根据权利要求1所述的基于液态金属微流控的超材料，其特征在于，所述底层金属层采用金属薄膜材料，所述中间介质层采用二氧化硅、硅、三氧化二铝、硅橡胶、PDMS材料中的至少一种。