科研团队开发出制造超材料的廉价、可扩展方法

日前，来自塔夫茨大学的科研团队开发出了廉价的、可扩展的方法来制造超材料（metamaterials）。这种材料在与微波能量互动时表现出不寻常的方式，对电信、GPS、雷达、移动设备和医疗设备具有潜在的影响。

这种材料有时候也被称之为“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。

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今天发表在《Nature Electronics》的论文中，使用低成本的喷墨打印技术构建超材料，使该方法具有广泛的可及性和可扩展性，同时也提供了一些好处，如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"。

电磁超材料和超表面--它们的二维对应物--是复合结构，以奇特的方式与电磁波相互作用。这些材料由微小的结构组成--比它们影响的能量的波长还要小--以重复的模式精心排列。这种有序的结构显示出独特的波互动能力，能够设计出非常规的镜子、透镜和过滤器，能够阻挡、增强、反射、传输或弯曲波，超越传统材料提供的可能性。

塔夫茨大学的工程师们通过使用导电聚合物作为基底，然后喷墨打印特定的电极图案来制造超材料，以创造微波谐振器。谐振器是通信设备中使用的重要部件，它可以帮助过滤被吸收或传输的能量的特定频率。印刷的设备可以通过电调来调整调制器所能过滤的频率范围。

塔夫茨大学工程学院 Frank C. Doble 工程教授、创造这些材料的塔夫茨 Silklab 主任以及该研究的通讯作者 Fiorenzo Omenetto说：“我们证明了在电磁波区域操作的元表面和元设备的电调性能的能力。"与目前的元设备技术相比，我们的工作代表了有希望的一步，这些技术主要依赖于复杂和昂贵的材料和制造工艺”。

研究小组开发的调谐策略完全依赖于薄膜材料，这些材料可以通过大规模技术（如印刷和涂层）加工和沉积在各种基材上。调整基底聚合物电性能的能力使作者能够在更广泛的微波能量范围内操作这些设备，并且比传统的非金属材料（<0.1GHz）能够达到更高的频率（5GHz）。

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41928-021-00590-0

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