陈根：新型超材料制造方法，可调控微波能量

文/陈根

过去的几十年里，科学家们一直致力于超材料（metamaterials）的开发。超材料是一种非自然生成的材料，其机械性能源于结构设计，而非化学成分。研究人员可以利用超材料制造出具有特定属性和形状的结构。目前，超材料在日常生活中的应用还比较有限，但这种情况也许很快就会迎来转变。

近日，来自塔夫茨大学的研究团队开发出了一种低成本、可扩展的方法来制造超材料，其能以不同的方式与微波能量互动，对电信、GPS、雷达、移动设备和医疗设备具有潜在的影响。

该材料被称之为“不可能的材料”，因为从理论上讲，它们可以弯曲物体周围的能量，使其看起来不可见，将能量的传输集中到集中的光束中，或者具有变色龙般的能力，重新配置它们对不同频率范围的吸收或传输。

这种材料以导电聚合物作为基材制造而成，并使用喷墨打印特定的电极图案来制造微波谐振器。该打印方法具有广泛的可及性和可扩展性，例如其能够应用于大型可塑表面或与生物环境的接口。这也是首次证明有机聚合物可以用来对超材料的特性进行电子调控。

而使用该方法制造的谐振器是通信设备中使用的重要组件，其不仅可以帮助过滤吸收或传输能量的选择频率，还可以对印刷设备进行电调谐，以调整调制器可以过滤的频率范围。至于在微波频谱中运行的超材料设备，则可以广泛应用于电信、GPS、雷达和移动设备。

在这些设备中，超材料可以显著提高其信号灵敏度和传输功率，并且可以应用于医疗设备通信，因为薄膜有机聚合物的生物相容性可以整合酶耦合传感器，而其固有的灵活性可以使设备被塑造成适合使用的贴合表面在身体上或体内。

值得一提的是，由于在尺度上制造微小的亚结构阵列技术挑战较大，所以具有纳米级波长的可见光超材料的开发仍处于早期阶段。研究的下一步，或许是使用喷墨印刷和其他形式沉积，在薄膜导电聚合物上测试超材料在较高电磁频谱频率下工作的极限。

目前，相关成果已发表在Nature Electronics杂志上，未来，希望该研究有助于进一步探索有机电子材料如何应用于电磁频谱的可重构超材料和超表面。