超材料（Metamaterial），又稱特異材料，是21世紀物理學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)的一個新的學(xué)術(shù)詞匯，其定義是“具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料”。近些年來，超材料在國際上引起越來越大的關(guān)注，并正在尖端領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。
一、用于平面天線的超材料
2014年，英國BAE系統(tǒng)公司和倫敦大學(xué)合作，創(chuàng)造了一種制造平面天線透鏡的新穎超材料，可使電磁波通過透鏡聚焦，從而實現(xiàn)提高天線增益和增強方向性的目的。這一突破可能使飛機、艦艇、無線電和衛(wèi)星天線的設(shè)計產(chǎn)生劃時代的變革。這種平面透鏡具備曲面透鏡的電磁屬性，同時保留同樣的寬帶性能。這種復(fù)合超材料透鏡能夠嵌入飛機的蒙皮中，是對目前的機載天線的一個重大飛躍。使用新型平面天線技術(shù)，可以用一個天線替換過去不同頻率工作的多個天線。超材料天線具有質(zhì)量低、靈敏度高和方向性好的優(yōu)點，是雷達、戰(zhàn)斗機、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的必備材料。
二、捕獲微波能量的超材料
2013年，美國杜克大學(xué)設(shè)計了一種能量采集器，可調(diào)諧捕捉到的微波信號。能量采集器的關(guān)鍵在于應(yīng)用了超材料，其人工設(shè)計結(jié)構(gòu)可以捕捉各種形式的波能并調(diào)諧為可用能量，其能量轉(zhuǎn)換效率接近于太陽能電池。此無線能量采集器件可將微波信號轉(zhuǎn)換為直流電壓，為手機電池或其他小型電子設(shè)備充電。能量采集器工作原理與將光能轉(zhuǎn)換為電能的太陽能電池相似。這種通用能量采集器可以采集其他能源的信號，包括衛(wèi)星信號、聲波信號或Wi-Fi信號。超材料結(jié)構(gòu)電路還可用于其他類型的能量采集，如振動能和聲能。這種超材料能量采集器可以制作到手機上，在閑置時允許手機無線充電。
三、具備隱身功能的超材料
2014年，美國中佛羅里達大學(xué)科學(xué)家創(chuàng)造了被稱為超材料的人造納米結(jié)構(gòu)，可以使光彎曲。在一個物體周圍控制和彎曲光線從而使肉眼難以看到物體。天然材料不可能將光線彎曲，這種人造納米結(jié)構(gòu)超材料卻可以實現(xiàn)此功能，在3維空間通過結(jié)構(gòu)操縱、控制電磁響應(yīng)實現(xiàn)對光的精確控制。利用此技術(shù)可以使戰(zhàn)斗機隱身于探測系統(tǒng)，不被雷達發(fā)現(xiàn)。
最近幾年，國際上還開發(fā)出各種各樣的物理隱形衣。除了光學(xué)隱形衣使對象難以看到，還開發(fā)出其他類型隱形衣可以讓熱或聲音不受影響地穿過；還報道開發(fā)出了一個全新的力學(xué)隱形衣，它使對象難以觸摸到。這種隱形衣由聚合物超材料制成，是一種亞微米精度結(jié)構(gòu)的晶體材料，由針形錐體組成。對此結(jié)構(gòu)，手指或測量儀器無法感受到它的存在。
四、寬帶太赫茲通信用超材料
2014年，美國能源部Ames實驗室驗證了采用超材料可產(chǎn)生寬頻帶太赫茲（THz）電磁波。THz電磁波位于電波（如微波和無線電波）和光波（如紅外和紫外波）之間的中間頻帶。此發(fā)現(xiàn)將有助于開發(fā)無損成像和傳感技術(shù)，使THz速率的信息通信、信息處理和存儲成為可能。