超硬材料網(wǎng)

       據(jù)國(guó)外科技媒體ScienceDaily報(bào)道，法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心（CNRS）和法國(guó)波爾多國(guó)立高等化學(xué)物理學(xué)院(CNRS/波爾多大學(xué)/國(guó)立波爾多綜合技術(shù)學(xué)院/法國(guó)國(guó)立工程技術(shù)大學(xué)校)的研究人員通過結(jié)合物理化學(xué)構(gòu)成和微流體技術(shù)，研發(fā)了第一個(gè)三維超材料。

       超材料是一種具有非凡特性的新材料，其中的微結(jié)構(gòu)的尺度小于它作用的波長(zhǎng)，可以對(duì)波施加影響，尤其是聲波和光波。超材料可以讓物體隱形，或者增加鏡頭的分辨能力。

       本研究中的超材料是更易塑型的新一代柔軟超材料。實(shí)驗(yàn)中，研究人員實(shí)現(xiàn)了超聲波振蕩向后移動(dòng)，而波所攜帶的能量則向前移動(dòng)。這項(xiàng)研究開啟了新的前景，尤其對(duì)于高分辨率成像而言。這項(xiàng)研究被發(fā)表在12月15日的Nature Materials上。
       21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)際學(xué)術(shù)界對(duì)超材料及其無(wú)與倫比的特性表現(xiàn)出越來(lái)越濃厚的興趣。在超材料介質(zhì)中，聲波或者光波的相位速度可以為負(fù)（也即材料具有負(fù)折射率），波（連續(xù)振蕩）的相位和波攜帶的能量的移動(dòng)方向是相反的。人們從未發(fā)現(xiàn)任何天然存在的物質(zhì)具有這一特性。

       為了獲得超材料，科學(xué)家們必須制造包含大量?jī)?nèi)含物（也就是微共振器）的均勻介質(zhì)。通常采用微機(jī)械方法（如蝕刻、沉積等）來(lái)機(jī)械加工一維或者二維具有超材料特性的載體。然而，這一方法無(wú)法應(yīng)用于超聲波應(yīng)用所需要的微米級(jí)別的柔軟物質(zhì)，且目前獲得的超材料只限于一維或者二維。

       本研究中，科學(xué)家們發(fā)明了一種新的超材料，它是一種流體相，形成于嵌入基于水的凝膠的多孔硅微粒。這種“超流體”是第一個(gè)能在超聲波頻率工作的三維超材料。此外，由于它的流體特性，它還可以利用物理化學(xué)過程和微流體技術(shù)制造，這比微機(jī)械方法要更容易實(shí)施。

       多孔介質(zhì)的特性之一是聲波可以非常慢的速度穿過它們（每秒幾十米），而在水中聲波的速度是每秒1500米。由于這種強(qiáng)烈的反差，只要懸浮液濃度足夠大，整個(gè)懸浮液都具有超材料的特性。當(dāng)研究人員研究超聲波在這種介質(zhì)中的傳播特性時(shí)，他們直接測(cè)量到負(fù)的折射率。在這樣的超流體中，波攜帶的能量和預(yù)期一樣從發(fā)射端傳遞給接收端，然而振蕩似乎卻以相反的方向向后移動(dòng)，就像舞者跳著月球漫步的舞步一樣。

       這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果開啟了超材料大量的潛在應(yīng)用，如：高分辨率超聲波成像、聲音絕緣和水下聽覺隱形。此外，用于制造這種超材料的軟物質(zhì)物理-化學(xué)技術(shù)使得以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)具有特性形狀的流體和柔性材料成為可能。