19世纪初，法国一直在寻找一种让灯塔光线照得更远、更亮的方法。当时用于照明的凸透镜又重又贵，要提升性能就必须做得更厚。

年轻物理学家菲涅耳用完全不同的方式解决了这个问题。他只保留折射光线所必需的表面，把其余部分切削成台阶状，发明了菲涅耳透镜。在不改变材料和物理定律的前提下，仅通过改变形状和结构来提升性能。

此后，科学家们将“仅靠结构设计也能改变物质功能”的可能性扩展到更广阔的领域。“超材料（meta material）”就是典型例子。通过精细设计的人造结构体，可以操控光、声音、电磁波、热等波动性质，这类结构体本身就被称为超材料。

关键不在于材料成分，而在于比波长更小尺度的微结构排列。这些结构会影响波的传播方式，从而产生全新的折射率、反射率、透过性等物理特性。与其说是改变成分，不如说是通过对空间形态进行数学化设计，来改变物质的响应。

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韩国电子通信研究院（ETRI）智能材料研究室博士Hong Seonghun表示：“超材料是一种经过加工的人造材料，可以实现自然界中不存在的特殊物性”，“通过调控结构、形状和排列方式，可以按需实现材料特性。”正因如此，超材料在减轻重量和体积的同时还能提升性能，在多个技术领域备受关注。

2006年，美国杜克大学教授David Smith研究团队与英国教授John Pendry利用超材料，让特定频率的微波绕行，从而成功演示了“隐形斗篷”的原理，使这一概念开始广为大众所知。

超材料最先在光学领域展现出实用化前景。传统透镜通过厚玻璃折射光线，而超透镜则利用纳米尺度设计的表面结构来汇聚光线。

这种方式可以实现又薄又轻的透镜，有利于智能手机摄像头以及增强现实（AR）、虚拟现实（VR）设备和可穿戴显示器的小型化。在显示领域，通过只选择性透过或反射特定波长的光，可以制作高分辨率有机发光二极管（OLED）、量子点发光二极管（QLED）、全息显示等。

超材料在改变电磁波传播路径方面同样效果显著。电波穿过或反射物质时的角度和强度，会随其内部结构发生巨大变化。通过对这些结构进行精密设计，可以让电波向某一侧弯曲，或集中到特定方向。

这项技术在卫星通信、无线收发以及面向第六代移动通信（6G）的高灵敏度天线等通信领域具有广阔的应用前景。实际上，美国民营企业Kymeta已经开发出利用超材料的平板式卫星天线，并将其商业化，使船舶和飞机等在移动过程中也能稳定接收卫星信号。

在国防领域，超材料通过吸收电磁波或减少散射，被应用于隐身技术。在电磁波屏蔽材料、雷达吸波体、无线信号干扰隔断材料等方面，超材料正被视为实用替代方案。

在能源效率和精密控制技术方面，超材料也在不断进化。热和声音等具有波动性质的物理量同样可以被控制。与光相似，热和声音也会按波长发生反射或吸收，其传递路径会随结构而改变。通过对微结构进行精密设计，可以以传统材料难以实现的方式调控热和声学特性。

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在太阳能发电板中，通过采用只阻隔红外线和紫外线、仅让可见光通过的滤光结构，可以减少过热和老化，提高发电效率。建筑用门窗或电子设备内部的散热材料，通过降低不必要的能量损失，其热管理性能也有望得到提升。

声学超材料则是一种通过阻断或扭曲特定频率声音，使其听不见的技术，可用于隔音设施、高灵敏度声学传感器、定制化声音过滤设备等。通过改变振动的传递路径，对机械冲击或振动进行精密调控的技术也在研究之中。

在医疗与生物领域，超材料同样展现出新可能。由于可以选择性放大或聚焦特定频率的波动，因此能够实现检测极其微弱生物信号或病理变化的高灵敏度传感器。可以比以往更加精确地识别极少量病毒、癌细胞和疾病标志物，有望用于早期诊断和精准诊断技术。

通过将光、热或声波只集中于目标部位，可以选择性地刺激或破坏病灶，有利于开展微创手术或靶向治疗。将特定药物结合到超材料结构上，并设计成只有在体内满足特定条件时才释放药物的方式，也在研究之中。这一被称为智能药物递送系统的技术，有望提高药物利用效率并减少副作用。

超材料目前仍处于商业化初期阶段，但韩国在制造技术领域尤其展现出突出的竞争力。Pohang University of Science and Technology（POSTECH）教授Noh Joonseok研究团队开发出了超透镜的大规模量产工艺，使小型高性能光学器件的落地应用更近一步。

Noh Junseok 浦项工科大学机械工程系教授。

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由于必须对纳米级结构体进行精密排列，沿用既有工艺生产超材料的成本一直高企。实际上，直到2019年，一片用于摄像头的超透镜价格仍高达500万韩元（4000美元）。

然而，Noh教授团队通过引入半导体工艺，革命性地降低了制造成本，目前已经奠定了将超透镜的生产成本压低到1万韩元（8美元）以下、甚至比传统光学系统更便宜的基础。

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Noh教授强调称：“我们掌握了大幅降低工艺成本、以低于传统折射光学系统价格大规模生产超透镜的技术，这是目前全球只有我们实验室可以做到的领先技术。”

他表示：“在Posco的支持下，浦项工大与浦项产业科学研究院（RIST）合作，已经完成了超透镜的大规模量产技术，来自全球各地的企业和研究机构都在向我们寻求合作”，“目前正推动在增强现实眼镜、超小型摄像头、全息显示等多个领域的实用化。”

包括三星电子和LG电子在内的韩国企业，也在第六代移动通信、下一代显示、高灵敏度传感器等多个领域关注超材料的潜力。通过产学合作验证技术、探索实际产品应用可能性的研究亦在不断增加。