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[摘 要]超材料一般是人工复合结构或复合材料，其物理性质较常规自然材料优异许多。笔者在资料中了解到目前超材料与自然材料融合存在许多困难，包括不同材料兼容性、新材料理化性质的残缺等等，学术界也尚未找出可行的解决办法，笔者认为，可以通过提升材料性能的方式寻求融合的可能，也可以加大对自然材料的研究力度，分析其超常性，需求融合的突破口，限于条件笔者无法自行进行研究，希望能够从理论层面为相关工作提供新的思路。
[关键词]超材料；自然材料；材料性能
中图分类号：TB39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）11-0186-01
前言
超材料往往具有自然材料所不具备的超常物理性质，如“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等。“左手材料”是一类在一定的频段下同时具有负的磁导率和负的介电常数的材料系统，近年来引起了广泛重视。笔者对超材料的兴趣始于高中物理学习，超材料的特殊性质越发激起了笔者的学习兴趣，查阅了资料后，笔者对超材料与自然材料的融合产生了些许看法，具体如下：
1 人工超材料与自然材料的融合困境
1.1 技术问题
笔者在各类资料中發现，超材料往往是人工复合结构或复合材料，这意味着在研究和完善的过程中，已经经历了无数次的实验和材料试用，如左手材料的研究已经超过20年，在此期间，科研人员也曾进行过人工超材料与自然材料的融合，但分子结构差异、理化性质总是受到影响而降低，因此迟迟未能取得进展。此外，笔者也曾就超材料和自然材料融合的问题请教过老师，得知超材料的研究过程中也存在复合材料和自然材料的融合，目前的科技环境下，天然材料在刚度、延展性等物理性质方面已经很难与超材料相比、相匹配，这也导致了二者融合进度缓慢的问题。
1.2 理论问题
超材料理论的提出可以追溯至上世纪末期，在长期的研究中，隐身材料、左手材料不断被投入研究和实用领域，这些研究内容存在较大的实用空间和商业前景，因此得到广泛重视，但其他领域目前已经拥有相对足备的材料，因此研究的动力明显不足，这一情况的突出表现是理论成果的严重缺失，科学家和研究人员缺少进行非必要产品、商业价值不高产品的研究动力，理论的缺乏严重制约了超材料和自然材料的融合研究。笔者曾在学校微机室找到过电子版的西方杂志，西方对超材料和自然材料的融合研究也几乎集中在商业和军用层面，缺乏足够的理论作为其他工作的支持。
2 超材料与自然材料融合的少许建议
2.1 提高材料性能寻求融合
材料性能的改进与提高是材料科学研究的重要目标之一，笔者曾在请教老师时了解到，超材料产生的过程本身就是材料性能改进与提高的研究过程，因此进一步提升材料性能、寻求超材料和自然材料的融合也仍然可以作为研究的可行方向之一。目前来看，通用策略是通过改进材料的组成和结构（主要是分子结构和显微结构）实现性能改变[1]。以光电材料为例，光电材料的功能是光与其他物质的相互作用，比如超平镜面下光的反射等，进一步研究可以集中于调制光与材料相互作用的过程，如光子带隙结构的存在将改变固体中光子态密度分布，从而使材料的光谱性质发生改变。又比如航空材料，在穿越大气层时，高速飞行的火箭可能在高温环境下燃烧成为废铁，设法提升材料的抗热性能，可以作为研究的方向之一，如在材料内部放置液态气体等低温物质，并将这些低温物质和火箭基础材料实现融合等，提升火箭抗高温的能力。当材料性能不断提升，超材料和自然材料的融合也会有更多的理论支持和更加具体的研究方向，融合的可能性得到提升。
2.2 探寻自然材料中的超常特性
在高中自然科学的学习中，笔者了解到很多自然材料本身具有一些特殊性质，当这种特殊性质达到一定程度，材料就带有了“超常特性”，了解这种特殊材料，分析其分子结构等，也有助于进行超材料和自然材料的融合工作。比如一种产于澳洲被称为澳宝的宝石，其本质上属于天然蛋白石，但性质非常特殊，具有不完全光子带隙结构，在显微镜下，他的结构是由二氧化硅胶体构成的胶体晶体，和合成的胶体晶体非常相似，这种带隙的存在，使宝石的反光特性远远强于一般的蛋白石，且不同角度发射出的光具有不同的颜色[2]。分析其特性，有助于了解超常特性出现的原因，对于超材料和自然材料的融合有一定的意义。
此外，资金是进行研究的基础之一，我国每年投入科研领域的资金数目以百亿计，且取得了很多成果，但笔者在资料中了解到，大量科研工作依然缺乏资金，这是由于我国研究的项目多、科研机构也较多，如笔者的学校中也在进行一些基础性的研究工作，需要资金的支持。后续工作中，政府部门可以持续加大对超材料与自然材料融合相关研究工作的拨款力度，使科研人员能够在良好的资金条件下进行研究工作。
3 总结
通过分析超材料与自然材料的融合，了解了相关内容。超材料往往具有超常的物理性质，能够应用于航空航天等事业，笔者在高中物理学的学习中了解到该种物质，并通过查阅资料进行了少量的分析。目前超材料与自然材料的融合存在困难，包括技术和理论等方面，后续可行的融合方式包括提高材料性能寻求融合、探寻自然材料中的超常特性等，希望上述理论能够为实际工作提供一定的帮助。
参考文献
[1] 王秀芳，严仲明，何永海.电工材料在磁耦合谐振式无线传能技术中的应用[J/OL].电子元件与材料，2017，（11）：1-10（2017-11-02）.
[2] 佚名.美用超材料设计首个使光弯曲的计算器[J].电子元件与材料，2014（3）：63-63.
[3] 周济.超材料与自然材料融合的若干思考[J].新材料产业，2014（9）：5-8.
作者简介
王璟璇（2002-），男，山西朔州人，主要研究方向为电子科技。
[关键词]超材料；自然材料；材料性能
中图分类号：TB39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）11-0186-01
前言
超材料往往具有自然材料所不具备的超常物理性质，如“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等。“左手材料”是一类在一定的频段下同时具有负的磁导率和负的介电常数的材料系统，近年来引起了广泛重视。笔者对超材料的兴趣始于高中物理学习，超材料的特殊性质越发激起了笔者的学习兴趣，查阅了资料后，笔者对超材料与自然材料的融合产生了些许看法，具体如下：
1 人工超材料与自然材料的融合困境
1.1 技术问题
笔者在各类资料中發现，超材料往往是人工复合结构或复合材料，这意味着在研究和完善的过程中，已经经历了无数次的实验和材料试用，如左手材料的研究已经超过20年，在此期间，科研人员也曾进行过人工超材料与自然材料的融合，但分子结构差异、理化性质总是受到影响而降低，因此迟迟未能取得进展。此外，笔者也曾就超材料和自然材料融合的问题请教过老师，得知超材料的研究过程中也存在复合材料和自然材料的融合，目前的科技环境下，天然材料在刚度、延展性等物理性质方面已经很难与超材料相比、相匹配，这也导致了二者融合进度缓慢的问题。
1.2 理论问题
超材料理论的提出可以追溯至上世纪末期，在长期的研究中，隐身材料、左手材料不断被投入研究和实用领域，这些研究内容存在较大的实用空间和商业前景，因此得到广泛重视，但其他领域目前已经拥有相对足备的材料，因此研究的动力明显不足，这一情况的突出表现是理论成果的严重缺失，科学家和研究人员缺少进行非必要产品、商业价值不高产品的研究动力，理论的缺乏严重制约了超材料和自然材料的融合研究。笔者曾在学校微机室找到过电子版的西方杂志，西方对超材料和自然材料的融合研究也几乎集中在商业和军用层面，缺乏足够的理论作为其他工作的支持。
2 超材料与自然材料融合的少许建议
2.1 提高材料性能寻求融合
材料性能的改进与提高是材料科学研究的重要目标之一，笔者曾在请教老师时了解到，超材料产生的过程本身就是材料性能改进与提高的研究过程，因此进一步提升材料性能、寻求超材料和自然材料的融合也仍然可以作为研究的可行方向之一。目前来看，通用策略是通过改进材料的组成和结构（主要是分子结构和显微结构）实现性能改变[1]。以光电材料为例，光电材料的功能是光与其他物质的相互作用，比如超平镜面下光的反射等，进一步研究可以集中于调制光与材料相互作用的过程，如光子带隙结构的存在将改变固体中光子态密度分布，从而使材料的光谱性质发生改变。又比如航空材料，在穿越大气层时，高速飞行的火箭可能在高温环境下燃烧成为废铁，设法提升材料的抗热性能，可以作为研究的方向之一，如在材料内部放置液态气体等低温物质，并将这些低温物质和火箭基础材料实现融合等，提升火箭抗高温的能力。当材料性能不断提升，超材料和自然材料的融合也会有更多的理论支持和更加具体的研究方向，融合的可能性得到提升。
2.2 探寻自然材料中的超常特性
在高中自然科学的学习中，笔者了解到很多自然材料本身具有一些特殊性质，当这种特殊性质达到一定程度，材料就带有了“超常特性”，了解这种特殊材料，分析其分子结构等，也有助于进行超材料和自然材料的融合工作。比如一种产于澳洲被称为澳宝的宝石，其本质上属于天然蛋白石，但性质非常特殊，具有不完全光子带隙结构，在显微镜下，他的结构是由二氧化硅胶体构成的胶体晶体，和合成的胶体晶体非常相似，这种带隙的存在，使宝石的反光特性远远强于一般的蛋白石，且不同角度发射出的光具有不同的颜色[2]。分析其特性，有助于了解超常特性出现的原因，对于超材料和自然材料的融合有一定的意义。
此外，资金是进行研究的基础之一，我国每年投入科研领域的资金数目以百亿计，且取得了很多成果，但笔者在资料中了解到，大量科研工作依然缺乏资金，这是由于我国研究的项目多、科研机构也较多，如笔者的学校中也在进行一些基础性的研究工作，需要资金的支持。后续工作中，政府部门可以持续加大对超材料与自然材料融合相关研究工作的拨款力度，使科研人员能够在良好的资金条件下进行研究工作。
3 总结
通过分析超材料与自然材料的融合，了解了相关内容。超材料往往具有超常的物理性质，能够应用于航空航天等事业，笔者在高中物理学的学习中了解到该种物质，并通过查阅资料进行了少量的分析。目前超材料与自然材料的融合存在困难，包括技术和理论等方面，后续可行的融合方式包括提高材料性能寻求融合、探寻自然材料中的超常特性等，希望上述理论能够为实际工作提供一定的帮助。
参考文献
[1] 王秀芳，严仲明，何永海.电工材料在磁耦合谐振式无线传能技术中的应用[J/OL].电子元件与材料，2017，（11）：1-10（2017-11-02）.
[2] 佚名.美用超材料设计首个使光弯曲的计算器[J].电子元件与材料，2014（3）：63-63.
[3] 周济.超材料与自然材料融合的若干思考[J].新材料产业，2014（9）：5-8.
作者简介
王璟璇（2002-），男，山西朔州人，主要研究方向为电子科技。