科学家研发第一个三维超材料 前景无限

userzzn

凤凰科技讯 北京时间1月1日消息，据科学日报报道，当涉及转移和控制波，尤其是声波和光波时，超材料具有非凡的特性：例如它们可以让物体隐形，或者增加镜头的分辨能力。法国国家科学研究中心（CNRS）和法国波尔多国立高等化学物理学院(CNRS/波尔多大学/国立波尔多综合技术学院/法国国立工程技术大学校)的研究人员通过结合物理化学组成和微流体技术，研发了第一个三维超材料。这是更容易塑性的新一代柔软超材料。在他们的实验里，研究人员实现了超声波振荡向后移动，而声波携带的能量向前移动。这项研究开启了新的前景，尤其对于高分辨率成像而言。这项研究被发表在12月15日的期刊《自然材料》上。

第一个三维超材料

自21世纪初以来，国际科学界对超材料以及它们无与伦比的特性的兴趣呈指数上升。超材料是一种其中声波或者光波的相位速度可以为负（也即材料具有负折射率）的媒介。在这样的媒介里，波（连续振荡）的相位和波携带的能量的移动方向是相反的。这一特性并未被发现出现在任何天然的均匀介质里。
为了获得超材料，获得包含大量内含物（也就是微共振器）的均匀介质是必须的。常规方法是利用微机械方法（蚀刻、沉积等）以机械加工一维或者二维具有超材料特性的载体。然而，这一方法无法应用于超声波所需要的微米级别的柔软物质，且目前获得的超材料只限于一维或者二维。
在最新这项研究里，研究人员发明了一种流体相的新超材料，它形成于嵌入基于水的凝胶的多孔硅微粒。这种超常流体是第一个能够以超声波频率工作的三维超材料。此外，由于它的流体特性，它还可以利用物理化学过程和微流体技术实现，这比微机械方法要更容易实施。

多孔介质的特性之一便是，与水相比（速度为每秒1500米），声波以非常慢的速度穿过它们（每秒十多米）。由于这种鲜明的对比，只要液滴浓度充足，整个悬浮都具有超材料的特性。当研究人员研究超声波穿过这种介质的传播时，他们直接测量到负的折射率。在这样的超常流体里，波携带的能量从发射端传递给接收端，这与预计的并无出入，然而振荡似乎是以相反的方向向后移动，就像舞者跳着月球漫步的舞步一样。
这些结果开启了大量应用的可能性，从高分辨率超声波成像到声音绝缘和水下秘密声学。此外，制造这种超材料的软物质物理-化学技术使得潜在的工业规模制造具有可修改形状的流体或者灵活材料变为可能。（编译/严炎刘星）