超材料(有特殊性质的人造材料)

超材料（Metamaterial），是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料，是与自然界物质的物理性质迥然不同的“新物质”，是材料科学技术的研究热点和前沿。超材料主要通过设计和改变物质的微结构制成。作为人工复合材料，超材料能够通过人为设计和控制，以全新的方式对光（声）进行折射和操控，进而创造多种不寻常的光（声）学效果。2010年，超材料被美国《科学》杂志评为21世纪前10年10项重大科学进展之一。

1968年，苏联的科学家V. Veselago提出超材料相关核心思想；1996-1999年，英国的J. Pendry提出超材料构建新思路；2003年，Pendry提出实现负介电常数、可调负磁导率的理论推论，左手材料入选《Science》年度十大科学进展；2006年，Pendry设计零折射率超材料，“隐身斗篷”相关成果再度入选《Science》年度十大科学进展；2018年，中国科学院中国科学院声学研究所制备出三维水下声学隐身毯样品；2023年，热隐身超材料、超材料透声装置取得突破。

依据广义相对论中时空和光线可弯曲的理论，科学家借助超材料的微纳人工结构设计，实现了对光波、雷达波等多种波的弯曲操控。超材料可分为电磁、声、热等类别，包括负折射率材料、光子晶体、声学超材料等。其涉及电子工程、凝聚态物理、微波、光电子学、经典光学、材料科学、半导体科学以及纳米科技等学科。超材料在隐身、电子对抗、雷达等领域应用成果显著，尤其军事隐身应用实现了真正意义上的隐身。

名称由来

超材料，英文称为Metamaterial，其中拉丁语词根“meta-”表示“超出、另类”等含义。一般文献中给出的超材料定义是：“具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。”

“Metamaterial”一词是由美国德克萨斯州大学奥斯汀分校奥斯汀分校Rodger M. Walser教授于1999年提出的，用来描述自然界不存在的、人工制造的、三维的、具有周期性结构的复合材料。2000年以后，这一概念越来越频繁地出现在各类科学文献中，并迅速发展出跨越电磁学、物理学、材料科学等学科的前沿交叉学科和公认的新型功能材料分支。

历史沿革

1968年，苏联理论物理学家V. Veselago提出了最早与超材料相关的思想，他认为如果一种材料同时具有负的介电常数和负的磁导率，那么它将会使光波看起来如同倒流一般，而这一材料一经发现势必会颠覆整个光学世界。然而，由于自然界中并未发现这种介质的存在，随后20多年里，这一猜想几乎被人遗忘。

1996-1999年，英国物理学家J. Pendry将Veselago的思想引入了负介电常数和负磁导率的材料构造中，提出了一个创新性的思路：一种材料可以拥有一些细小的单元，通过单元之间的合力产生原本不可能出现的效应，并以此做出了超材料构建的尝试。随着科学界多方面的质疑和争议，有关超材料的研究更加活跃，在理论和实验研究中实现了多项突破，如“完美透镜”的提出、负折射现象的验证等。2000年，刘政猷等首次提出了利用局域共振型的结构单元来构建声学超材料，迅速引起众多研究人员的关注。

2001年，杜克大学D. Smith根据Pendry的理论模型，将周期性排列的细金属棒（Rod）和金属谐振环（SRR）有规律地排列在一起，制成了世界上第一块介电常数和磁导率为负值的人造材料——左手材料，并首次从实验上证明了左手材料的存在，引发了科学界对左手材料的热切关注。同年，超材料作为独立学科正式出现。2003年，Pendry通过理论计算得出了两个重要推论：①间距在毫米级金属细线的格子中具有类似等离子体的物理行为，共振频率在GHz与低于此频率时介电常数出现负值；②利用非磁性导电金属薄片构成开环共振器组成的方阵，可实现负磁导率的可调节。这一理论为人工实现超材料带来了可能。同年，左手材料被Science杂志评为当年的“十大科学进展”。

2006年，Pendry又设计了零折射率超材料，可用于制备“隐形斗篷”。此外，美国哥伦比亚大学机械工程系副教授王政等将正折射率和负折射率结合在一起，实现了对光子相位的精确控制，研制出一种能操纵光的折射率并能完全控制光在空气中的传播的光纳米结构，并证明光能从某一点传到另一点而毫无相变地穿过人造传播媒介，就好像该媒介并不存在一样。同年底，由于“隐身斗篷”功能的成功实现，Science杂志再一次将之列为当年的“十大科学进展”。

从2007年开始，杜克大学就提出二维和三维“声学斗篷”的可行性，使声波能够绕过斗篷下的物体传播，并后续研制出样件。2015年，爱荷华州立大学研发了一种柔性、可伸缩的超材料蒙皮，可帮助物体躲过雷达的侦察。2018年，中国科学院中国科学院声学研究所首次成功制备出三维水下声学隐身毯样品。2023年，华中科技大学与新加坡国立大学合作，通过预先训练的深度学习模型，提出了深度学习赋能的热学超材料拓扑优化方法，设计了多种具有自由形状、背景温度独立、全方向功能的热隐身超材料，并通过数值仿真和热学试验验证了其良好的热隐身效果。

2023年，日韩科学家发明超材料透声装置，可将水声高效转化为空气声。超材料受到主要军事强国高度关注，美国国防部将超材料列为重点关注的六大颠覆性基础研究领域之一，其资助开发的多种超材料在隐身、成像探测、通信等方面的可行性已经验证，英国BAE系统公司将超材料作为未来新技术研发的重要组成部分，日本和俄罗斯将超材料列为下一代隐身战斗机的核心关键技术。截至2025年，超材料领域进入深入研究阶段，其热度有增无减。在前人基础上，超材料的理论和实验研究都取得了许多新突破，超材料领域处于从科学研究到大规模应用的关键时期。

基本原理

根据广义相对论，时间和空间都是可以“弯曲”的，而空间里的光线同样可以弯曲，前提是设计并制作出足够小的“设备”。科学家沿着菲斯拉格的理论，依靠一些间隔仅有1毫米的几千分之一的人工结构，将材料的单元结构（人工原子和人工分子）集合，通过不同的结合结构和排列设计制造出各种超材料，实现了让光波、雷达波、无线电、声波甚至地震波弯曲的梦想。

超材料的应用与原有的材料制备有很大的区别，以往是自然界有什么材料，就能制造出什么物品，而超材料完全是逆向设计，根据针对电磁波的具体应用需求，制造出具有相应功能的材料。

主要特征

超材料具有三个重要特征：

1、通常是具有新奇人工结构的复合材料；

2、具有超常的物理性质；

3、其性质往往不来源于构成该人工结构的材料自身，而仅仅决定于其中的人工结构。

典型的超材料如左手材料、“隐身斗篷”、完美透镜等已在光学、通信、国防等应用领域崭露头角，而为数众多的电磁超材料、力学超材料、声学超材料、热学超材料以及基于超材料与常规材料融合的新型材料相继出现，形成了新材料的重要生长点。从本质上讲，超材料是一种新颖的材料设计思想，这一思想的基础是通过多种物理结构设计来突破某些表观自然规律的限制，获得超常的材料功能。

种类

超材料可分为电磁、声、热等类别，包括负折射率材料、光子晶体、声学超材料等。负折射率材料可对电磁波进行调控，具有反向折射和透波隐身功能；光子晶体具有频率选择特性，可以阻止某些频率的光波在其中传播；声学超材料能够实现声波的负折射、声聚焦、超透镜、隐身等功能。

金属水

“金属水”是一种水声隐身超材料，一般以金属为基材，因其力学性能与水接近而得名。可通过亚波长结构设计，控制声波平滑地绕过其覆盖的物体，降低反射声波的能量，从而实现水声隐身。与传统隐身材料相比，“金属水”具有作用带宽、低频优势明显和全方位水声隐身等特点。美国国防部于2024年研发“金属水”水声隐身超材料，由美国海军研究办公室主管、美国威德林格公司牵头，美国海军研究实验室、海军水下作战中心等共同参与。其技术成果正在核潜艇、水雷上进行测试和应用。

仿生塑料

人体具备自我修复能力，但建筑环境却并不具备这种能力。2014年，伊利诺伊大学的Scott White研发出了一种具备自我修复能力的仿生塑料。这种聚合物内嵌有一种由液体构成的“血管系统”，当出现破损时，液体就可像血液一样渗出并结块。相比其他那些只能修复微小裂痕的材料，这种仿生塑料可以修复最大4毫米宽的裂缝。

热电材料

对于任何一部会使用能源的设备来说，废热的产生都是不可避免的。根据估算，人类所使用的所有能源当中有2/3都以废热的形式流失了。2014年，一家名为字母控股能量的公司开发出了一种热点发电机，它可被直接插入普通发电机的排气管，从而把废热转换成可用的电力。这种发电机使用了一种相对便宜和天然的热电材料，名为黝铜矿，据称可达到5-10%的能效。

在实验室当中，科学家们已经在研究另一种具备可发展前景，甚至能效更高的热电材料，名为方钴矿，一种含钴的矿物。热电材料目前已经开始了小规模的应用——比如在太空飞船上——但方钴矿具备廉价和能效高的特点，可以用来包裹汽车、冰箱或任何机器的排气管。

电磁超材料

电磁超材料作为一类新型人工材料，具有与常规材料迥异的奇特电磁特性（如负介电常数、负磁导率、负折射率等）。这类材料颠覆了传统电磁理论描述的若干规则，有望成为新的学科生长点，引发信息技术等领域的重大技术变革。作为超常电磁介质的主流技术，基于金属谐振单元的超材料取得了重大成功，被Materials Today杂志评选为材料50年10项重大突破之一。

钙钛矿

成本是制约可再生能源发展的核心障碍。太阳能发电成本虽呈下降趋势，但传统晶体硅太阳能电池的制备仍存在成本高、能耗大的问题。钙钛矿是可替代晶体硅制作太阳能电池的材料。

钙钛矿是一类由特定晶体结构定义的材料类别，其组分可包含多种元素，应用于太阳能电池领域的钙钛矿材料一般以铅、锡为主要组分。2009年，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率为3.8%；至2014年，该指标提升至19.3%。相较于传统晶体硅太阳能电池超20%的转换效率，科研人员认为钙钛矿材料的光电转换效率仍有提升空间。与晶体硅相比，钙钛矿的原材料成本更低，且可通过喷涂方式附着于玻璃基底，无需在洁净环境中完成组装。

气凝胶

气凝胶看上去似乎是一种不真实的材料。尽管看上去空虚飘渺，但它却能轻松承受一盏喷灯的热量，或是一辆汽车的重量。这是一种液体被空气完全替换的胶体，看上去就像是一团烟。气凝胶可由任意数量的物质所制成，包括二氧化硅、金属氧化物和石墨烯。由于空气占了绝大部分比重，气凝胶还是一种绝佳的绝缘体。它的结构也赋予其超高的强韧性。

气凝胶也有一个致命的缺陷：脆性，特别是原材料为二氧化硅时。但美国航空航天局的科学家已经在实验一种由聚合物所制成的柔性气凝胶，作为太空飞船在穿过大气层时的绝缘材料。将其他化合物加入到微细二氧化硅气凝胶可增强其柔韧性，再加上本身的轻巧、强韧和绝缘性，这将会使其成为一种不可思议的材料。

光操纵器

光操纵器的纳米结构能够以特定的方式对光线进行散射，它或许真的可以让物体隐形。光操纵器不光能对可见光进行重新导向。根据制作方式和材料的不同，超材料还能散射微波、无线电、和不太为人所知的T射线。实际上，任何一种电磁频谱都能被超材料所控制。比如说，如果用超材料制作一部新型的T射线扫描仪，它的性能可随时改变，无论是被用在医疗还是安全领域。

锡烯

与石墨烯类似，锡烯（Stanene）同样是一种单原子层结构材料。二者的核心区别在于构成原子的种类——锡烯由锡原子构成，而非石墨烯的碳原子，这一差异赋予锡烯一项石墨烯难以企及的特性，即100%的电导率。

2013年，斯坦福大学张首晟教授团队首次从理论层面提出锡烯的概念。对这类材料电子特性的理论预测，正是该实验室的核心研究方向之一。根据团队建立的模型，锡烯属于拓扑绝缘体，其材料内部呈绝缘态，边缘则为导电态，这一独特结构使其能够在室温环境下实现零电阻导电。

应用研究

在多个项目的支持下，超材料技术取得了一系列新进展。例如，美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室与加利福尼亚大学合作完成了负折射率材料太赫兹频率特性的研究探索；加利福尼亚州大学完成了利用负折射率材料精确控制光线速度和方向的研究；普渡大学和诺福克州立大学合作完成了负折射率材料对光线吸收的研究；2013年以来，美国陆军和普渡大学研究了在特定的电磁频谱波段具有光谱选择性的新型等离子体隐身材料；美国劳伦斯·伯克利国家实验室的研究团队制造出了全球首个非线性零折射率超材料，通过这种材料的光在各个方向都会得到增强；2014年，法国国家科学研究中心和法国波尔高等化学物理学院的研究人员通过结合物理化学组成和微流体技术，研发出了第一个三维超材料。

在超材料应用方面，有关国家和机构启动了多项研究计划。如DARPA实施的负折射率材料研究计划；杜克大学开展的高增益天线超材料透镜研究，以及可升级和可重构的超材料研究等。此外，还有近百家美国企业获得小企业创新计划和企业技术转移资助计划资助，对超材料技术进行了大量研究和产品转化。截至2020年，超材料领域已初步形成的产品包括超材料智能蒙皮、雷达天线、吸波材料、电子对抗雷达、通信天线、无人机载雷达等。

超材料在隐身、电子对抗、雷达等领域的应用成果不断涌现，展现出巨大应用潜力和发展空间。

隐身是出镜率最高的超材料应用，也是超材料技术研究最为集中的方向，如美国的F-35战斗机与DDG1000大型驱逐舰均应用了超材料隐身技术。超材料在电磁隐身、光隐身和声隐身等方面具有巨大应用潜力，在各类飞机、导弹、卫星、舰艇和地面车辆等方面得到广泛应用，使军事隐身技术发生革命性变革。超材料实现隐身与传统隐身技术的区别是，超材料使入射的电磁波、可见光或声波绕过被隐藏的物体，在技术上实现真正意义上的隐身。

电磁隐身

在电磁隐身方面，2006年，杜克大学与英国帝国学院合作提出了一种微波频段的电磁隐身设计方案，这种设计方案由10个同心圆筒组成，采用矩形开口环谐振器单元结构，实验结果证实负折射率材料用于物体的隐身是可行的。2012年，东北大学采用掺杂钪的M型钡铁氧薄片和铜线组合，设计和试验了可在33～44吉赫兹电磁波段实现可调的负折射率材料。雷神公司开发了“透波率可控人工复合蒙皮材料”，该材料采用嵌入了可变电容的金属微结构频率选择表面，通过控制加载在可变电容上的偏置电压，可以改变频率选择表面的电磁参数，从而实现材料透波特性的人工控制，可应用于各种先进雷达系统和下一代隐身战机的智能隐身蒙皮。

光学隐身

在光学隐身方面，2012年，加拿大超隐形生物公司发明了一种名为“量子隐身”的神奇材料。它能使周围光线折射而发生弯曲，从而使其覆盖的物体或人完全隐身，不仅能“骗”过人的肉眼，在军用夜视镜、红外探测器的探测下也能成功隐身。这种材料不仅能帮助世界十大特种部队在白天完成突袭行动，而且有望在下一代隐形战机、舰艇和坦克上应用。2014年，佛罗里达大学的研究团队研制出一种可实现可见光隐身的超材料，实现这一技术突破的关键是利用纳米转移印刷技术制造出一种多层三维超材料。纳米转移印刷技术可改变这种超材料的周围折射率，使光从其周围绕过而实现隐身。

声隐身

在声隐身方面，2011年，杜克大学卡默尔教授的团队开发出一种二维声学斗篷，能使10厘米大小的木块不被声波探测到。2014年3月，杜克大学制造出世界上首个三维声学斗篷，它是一种利用声隐身超材料制成的声隐身装置，能使单射声波沿斗篷表面传播，不反射也不透射，实现对探测声波的隐身。三维声学斗篷由一些具有重复排列小孔的塑料板组成，能在3千赫兹的声波下表现出完美的隐身效果，验证了声学斗篷应用于主动声呐对抗的可行性。此外，美海军自主开发一种名为“金属水”的潜艇声隐身技术，制造一种六角形晶胞结构的铝材料，并将其纳入潜艇艇壳外覆盖的静音材料内，实现对声波引导，达到隐身目的。声隐身超材料技术的发展将对潜艇等水下装备的隐身产生变革性影响，有可能改变未来水下战场的“游戏”规则。

触觉隐形

除了传统意义上的隐身，最近超材料在触觉隐形上也有了新的突破。2014年，德国卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员利用机械超材料制成触觉隐形斗篷。这是一种全新的隐身技术，可以欺骗人体和探测设备的传感器。这种触觉隐形斗篷由超材料聚合物制成，具有特殊设计的次微米精度的晶体结构。晶体由针尖相接触的针状锥组成，接触点的大小需精确计算，以满足所需的机械性能。利用这种超材料制造的隐形斗篷可以屏蔽仪器或人体的触觉，如用隐形斗篷覆盖住放在桌面上的一个突出物体，虽然可见突出物，但用手抚摸时无法感到物体突出，就像抚摸平整的桌面一样。该技术虽然还在纯粹的基础物理研究阶段，但是会为国防应用开辟一条新路。

天线与天线罩

天线与天线罩是超材料的另一个用武之地。国外众多实验表明，将超材料应用到导弹、雷达、航天器等天线上，可以大大降低天线能耗，提高天线增益，拓展天线工作的带宽，有效增强天线的聚焦性和方向性。

天线方面，雷神公司研发了超材料双频段小型化GPS天线，通过精确的人工微结构设计，可提升天线单元间的隔离度，减少天线原件之间的电磁耦合，从而使天线的带宽得到大幅拓展，其可应用于对天线尺寸要求苛刻的飞机平台与个人便携式战术导航终端。2011年2月，洛克希德·马丁公司与宾夕法尼亚大学联合开发了一种新型电磁超材料，可用于在喇叭形卫星天线上，使产品体积更小，制造成本更低，并能够显著提高航天器天线的性能。2014年，英国BAE系统公司开发出一种可用于无人机通信的超材料平面天线，可使电磁波在透过平面天线后进行聚焦，在实现对电磁波聚焦的同时保留了平面天线的宽带性能，克服了传统抛物面天线变为平面天线所带来的带宽损失、低增益等问题，同时可实现一个天线替换多个天线，减少天线的数量。这一技术突破可能使飞机、舰艇、卫星等天线的设计产生划时代的变革。

雷达天线罩方面，在美国海军的支持下，美国公司成功研发出雷达罩用超材料智能结构，并应用于美军新一代的E2“鹰眼”预警机，大幅提高了其雷达探测能力。通过采用超材料的特殊设计，该项目提供了解决传统雷达罩图像畸变的问题，同时这种超材料电磁结构质量轻，方便后期的改装和维护，提高了E2“鹰眼”预警机的整体性能。

导弹天线罩方面，雷神公司研制了基于超材料的导弹天线罩，可以使穿过导弹天线罩的电磁波不产生有效折射，有效提高导弹打击精度。

用于制作光学透镜的超材料，可以制作不受衍射极限限制的透镜、高定向性透镜以及高分辨能力的平板型光学透镜。其中不受衍射极限限制的透镜主要应用于微量污染物质探测、医学诊断成像、单分子探测等领域；高定向性透镜主要应用于透镜天线、小型化相控阵天线、超分辨率成像系统等领域；高分辨能力的平板型光学透镜主要应用于集成电路的光学引导原件等领域。2012年，美国密西根大学完成一种新型超材料透镜研究，可用于观察尺寸小于100纳米的物体，且在从红外光到可见光和紫外光的频谱范围内工作性能良好。

研究现状

国际发展

各国科研实验室中，已诞生多项颇具突破性的材料发明成果。

美国科研人员研发出一款可回弹陶瓷管，与传统脆性硬质陶瓷截然不同，该陶瓷管在承受50%的压缩形变后仍可恢复原状。这类高性能陶瓷能够在传统材料难以胜任的极端场景中发挥效用，例如用作航天飞机或喷气式发动机的隔热部件。

2006年，美国北卡罗来纳州杜克大学与英国伦敦帝国理工学院的研究团队打破传统认知，利用超材料实现了物体在微波频段的隐身效果。尽管相关技术仍需攻克诸多难题，但这一成果首次为普通物体的隐身提供了可行方案。该研究项目由美国五角大楼国防高级研究计划局（DARPA）资助。

德国科研团队采用“直接激光平版光刻”技术，制备出由微型塑料棒构成的隐身材料薄片。将这种材料覆盖于物体表面后，在红外相机的观测视角下，材料可改变周边光线的传播速度，进而使自身与被覆盖物体一同“消失”。包括美国国防高级研究计划局在内的军方机构，正着力研发此类隐身技术，以期实现军用飞机在雷达探测范围内的隐身目标。

法国科学家发现，通过在超材料墙体与地面上进行精准打孔，能够实现对地震波的引导与转移，使地震和海啸偏离建筑物或城镇，从而达成减灾防护的目的。

荷兰科研人员则研制出一种力学性能可编程的智能橡胶。通过内置微型开关的调控与特殊结构设计，这种智能橡胶可实现类似海绵的软硬状态切换，甚至能在外力挤压下完成两种状态的快速转换。依托这项材料技术，可感应地面软硬程度并自动调节性能的智能鞋履，有望在不久后成为现实。

中国发展

相较于多数国家超材料领域发展模式较为分散的现状，中国采取了更为集中、高效的发展路径，聚焦核心方向发力突破。在国家层面，超材料研究已获得多重科研项目支撑，先后被纳入国家高技术研究发展计划、973计划、国家自然科学基金、新材料重大专项等立项范畴，为技术研发提供了坚实保障。基础研究领域，中国企业在电磁黑洞、超材料隐身技术、介质基超材料及声波负折射等方向斩获多项原创性成果，在全球超材料产业化竞争中抢占了先发优势。

刘若鹏是中国超材料领域的领军人物之一，他曾赴美深造，其关于新型超材料宽频带隐身衣的研究论文已发表于《科学》杂志。2010年，刘若鹏博士带领5人留学生团队回国创业，创办深圳光启高等理工研究院。经过数年深耕，该企业在全球范围内累计申请超2800件超材料相关专利，专利数量约占全球该领域专利申请总量的86%，构筑了坚实的技术壁垒。同时，光启在超材料产业化应用上走在世界前沿，率先布局智慧社区、无线互联、航空航天等领域，建成全球首条超材料微结构精试线——该生产线设备定制化率达70%，可实现2微米级工艺精度，还同步搭建了超材料生产标准化流程，填补了行业空白。

以光启研发的电磁超材料天线为例，这款可折叠至笔记本大小、印有江南水乡风景画的电路板，能让飞机、火车、轮船、汽车等交通工具，在移动网络覆盖不到的偏远区域顺畅连接卫星宽带。与传统碟形天线需固定朝向追踪单颗卫星不同，该天线可灵活捕捉天空中任意位置的卫星信号，适配性与实用性大幅提升。从产业化进度来看，美国同类产品于今年才启动商业销售计划，而光启的这款天线早在3年前就已在国内22个省份完成安装试用，凸显出中国在超材料应用转化上的领先优势，这也是中美近年来在超材料核心领域激烈竞争的一个缩影。

此外，为打破欧美在超材料技术标准领域的垄断格局，上月，全国电磁超材料技术及制品标准化技术委员会完成了国家标准《电磁超材料术语》的审查与报批工作。这标志着中国成为全球首个制定超材料领域国家标准的国家，该标准的出台将为中国超材料技术研究、成果转化及标准落地提供重要支撑，进一步巩固中国在该领域的话语权。

发展前景

超材料对光波、电磁波的操控性能，以及利用手性材料设计出新颖独特的结构、实现特异光电性能的能力，在电磁隐身、光隐身等方面应用潜力巨大，在飞机蒙皮、雷达罩等方面将得到广泛应用，使军事隐身技术发生革命性变革。

超材料应用于军用天线上，可大大降低天线能耗，提高天线增益，拓展天线工作的带宽，有效增强天线的聚焦性和方向性。

超材料用于制作小型激光器，可大幅提升军用传感与安全通信的性能。例如，利用光子晶体作为天线基底可实现无损全反射，光子晶体微腔可以实现体积非常小的激光器，光子晶体超棱镜分光能力比常规棱镜强100倍，在空心光子晶体光纤中光能以99.7%的光速传输。

此外，超材料的特性可应用于其他功能性器件的开发，如纳米波导、特殊要求的波束引导元件、表面等离子体光子芯片、滤波器、耦合器、调制器和开关，亚波长光学数据存储、新型光源、超衍射极限高分辨成像、纳米光刻技术、生物传感器、探测器的元器件等。超材料是材料开发设计思想的创新，打破了传统上以化学成分调控材料性能的设计思路，转而从材料的结构设计的角度出发，实现了常规天然材料所不具备的超常物理性能。超材料扩展了器件的功能，由此可以带来武器装备性能提高和武器装备设计自由度的拓宽，这会带来航空装备的变革，具有广泛的应用前景。