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超材料专题科普：
超材料不受限于自然材料参数和功能的限制。
我们认为，按照隐身材料是否参与结构承力，隐身材料可分为涂覆型材料和结构型材料。例如，涂覆型吸波材料是在目标表面涂覆的可以吸收雷达波的涂层，一般由粘结剂与金属合金粉末、铁氧体、导电纤维等吸收剂混合而成。而结构型吸波材料是在先进复合材料的基础上，将吸收剂分散在特种纤维增强的结构材料中而形成的复合材料，是适于吸收雷达波，同时具有良好承载力学性能的多层梯度功能材料。相比传统隐身材料，超材料是依据新颖的材料设计思路，突破多种材料的物理结构表现出来的自然规律的限制，获得自然界材料所不具备的超常的物理。超材料通过微结构的有序排列和有序调节，使得晶体材料显示出一些无定型态所不具备的物理特征，这类似于自然界中存在的晶体结构物质。超材料也可以理解为人为通过各种层次的有序结构实现对各种物理量的调制，从而获得自然界中在该层次上无序或无结构的材料所不具备的物理性质的材料。
超材料的特殊性质主要因其特殊结构所致。
超材料由人工结构的微结构组成，以等效介电常数、等效磁导率描述其整体电磁特征。通过设计不同的微结构，可使超材料的相对等效介电常数、相对等效磁导率为小于1的正实数、负实数或复数，从而使电磁波传播方式从根本上发生变化。目前根据超材料的特殊性质而研发的许多新材料之中，最常被广泛讨论是负折射超材料。负折射超材料是一种人造的光学结构，它的折射率对于一定频率范围内的电磁波是负值，且目前没有任何天然材料拥有这一属性。这种负折射的性质，会致使电磁波朝着与能量完全相反的方向传播，若直观来看，会如同下图中水里的吸管，朝反方向偏折过去。
电磁超材料可以通过调节单元结构尺寸改变其电磁参数，近年来在隐身技术领域备受关注。电磁波隐身超材料通过吸收电磁波并将其转化成其他形式的能量耗散掉，可实现目标对电磁波的吸波隐身；通过控制电磁波绕过目标物体而不产生散射，可实现目标对电磁波的透波隐身。电磁超材料技术的发展分为了3个阶段，即第1阶段为等效媒质超材料，第2阶段为人工表面等离激元超材料（Surface Plasmon Polariton, SPP），第3阶段为信息超材料。3个发展阶段，从传统到智能可调，各阶段超材料在隐身技术领域都有着非常广阔的应用前景。
超材料隐身技术可以应用于雷达罩隐身设计，实现雷达罩带内透过、带外吸收等功能。
由于超材料具有的特殊电磁性能，其在雷达、隐身、电子对抗等诸多装备技术领域拥有巨大的应用潜力和发展空间。超材料电磁场控制理论的提出为探索新型的隐身机理提供了新的思路。超材料电磁场控制理论是基于坐标变换理论来控制电磁场的传播，通过优化设计超材料的结构单元，在一定的范围内实现超材料等效媒质参数的人工自由调控，极大地提高对电磁波的操控能力，引导入射电磁波绕过隐身目标实现电磁隐身。超材料隐身技术可以应用于雷达罩隐身设计，实现雷达罩带内透过、带外吸收等功能。
一种基于“超材料罩体+理想匹配层”结构的超材料隐身天线罩，通过采用两种不同形式的坐标变化，设计出具有两种不同工作模式的双频段超材料罩体结构，使其分别对雷达天线系统工作频带内外的电磁波表现出两种不同的控制机理。在雷达工作频带之外，超材料罩体呈现出隐身模式，引导入射电磁波沿罩体绕射过雷达天线系统至理想匹配层处并被无反射的完全吸收，实现雷达天线系统的隐身; 而在雷达工作频带内，超材料罩体呈现出透明模式，入射电磁波可以穿过雷达罩进入雷达天线系统，而雷达发射的电磁波也可以穿过雷达罩向外辐射不受影响，从而保证雷达天线系统的正常工作。
超材料可以应用于传统的吸波隐身技术中。
其吸波机理是：在谐振和反谐振区域，标志材料损耗特性的复介电常数和复磁导率的虚部也达到了峰值，这意味着超材料也会对电磁波表现出强烈的吸收特性，因而基于超材料可以设计出具有强吸波效应的吸收剂。超材料既可以单独作为吸波材料使用，也可以与传统吸波材料复合，从而制备出满足微波隐身“薄、轻、宽、强”要求的新型复合吸波材料。作为结构型的超材料，在作为隐身材料使用时，由于其工作频率、介电常数和磁导率等电磁参数的易调节性，容易实现超材料的吸波层与自由空间的阻抗匹配，从而大幅度减少反射波强度。
超材料吸波隐身要求阻抗匹配，衰减匹配。
阻抗匹配要求电磁波能够尽量多的传导入介质内，而不被表面反射，衰减匹配指进入介质内部的电磁波能量被迅速地转换为其他能量（如热能等）而耗散掉。《Perfect metamaterial absorber》（N. I. Landy等，【Physical Review Letters】，2008年）中首次提出“完美吸波体”的概念。“完美吸波体”通过优化结构模型，调控单元电谐振和磁谐振，实现与自由空间的阻抗匹配，降低入射电磁波的反射率，并利用结构单元的介质损耗和欧姆损耗实现对电磁波的强烈吸收。这种超材料吸波体具有吸收率高、单元尺寸小等优点。
超材料吸波隐身的另一个体现是关于电磁黑洞，即通过效仿物质在“黑洞”引力场的影响下在空间中的弯曲运动轨迹，实现电磁波能量的全向宽频吸收。2010年，东南大学团队通过类比光学黑洞的理论，采用具有渐变折射率的非谐振型超材料外壳和具有大损耗介质内核的结构，首次制造了微波频段的全方位电磁黑洞，该结构可以实现各方向入射的电磁波螺旋式地向内弯折，最终被内核的损耗介质吸收，在微波频段的吸波率达到了99%。
超材料透波隐身是基于完美隐身的概念，其不同于吸波隐身，而是使电磁波绕射物体从而实现隐身。2006年，Pendry与Leonhadrt均提出了基于超材料的隐身套，通过变换光学的方法设计隐身罩材料的电磁参数分布，以此来控制电磁波的传播路径，使电磁波绕过物体，在物体后方还是保持原入射方向，看起来好像物体对于电磁波的传播不产生干扰，从而实现完美隐身。同年，Schurig等用金属谐振型超材料制备了微波频段的隐身罩，完成了完美隐身的实验验证。他们将一个铜柱放置在隐身罩中，实验证明该隐身罩能够在引导电磁波绕射的同时有效地减少铜柱的散射场。
与传统意义上针对探测雷达的折射式、吸波式和反射式隐身技术不同，超材料隐身套是一种基于透射的新概念隐身技术，具有传统隐身所无法比拟的优点：首先，透波效率的提高减小了反射，从而降低了雷达散射截面（RCS）。其次，由于是透波，能量在套内的转换率小，从而减少了吸波所造成的二次辐射（比如红外辐射）。再次，由于透射波保持原有方向和波形，基于检测前向波传输的多基雷达技术无法探测到隐身目标，具有反多基雷达侦察的能力。
