3月24日，華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院數(shù)字制造裝備與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃永安教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)期刊《Advanced Materials》（影響因子：30.849）上在線發(fā)表了題為“Flexible Metamaterial Electronics”（柔性超材料電子，以下簡(jiǎn)稱“FMEs”）的綜述文章。在前沿領(lǐng)域柔性電子和超材料的研究基礎(chǔ)上，提出了“柔性超材料電子”的概念，討論了超材料的超自然物理特性在柔性電子中的應(yīng)用、前景及挑戰(zhàn)。機(jī)械學(xué)院博士后江山為本文第一作者，黃永安教授為本文通訊作者。

柔性電子能夠突破經(jīng)典硅基電子學(xué)的本征局限，可為后摩爾時(shí)代器件設(shè)計(jì)集成、能源革命、醫(yī)療技術(shù)變革等更新?lián)Q代等提供創(chuàng)新引領(lǐng)，已經(jīng)衍生出柔性顯示、表皮電子、智能蒙皮等重大創(chuàng)新應(yīng)用。過(guò)去二十年，柔性電子得到了廣泛了研究，取得了巨大的研究進(jìn)展，尤其是在柔性功能材料和可拉伸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等主要分支。然而，到目前為止，柔性功能材料的使用仍受限于穩(wěn)定性和可靠性；可拉伸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如最具代表性的“島-橋”結(jié)構(gòu)，隨著拉伸能力的大幅提升，逐漸接近其物理極限。換言之，想通過(guò)現(xiàn)有的、常規(guī)的材料或結(jié)構(gòu)策略進(jìn)一步提升柔性電子的性能越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性，成本也越來(lái)越高。

超材料（Metamaterials），拉丁語(yǔ)詞根“meta-”表示“超出、另類”等含義。指的是通過(guò)人工結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)超自然物理特性（光學(xué)、聲學(xué)、機(jī)械、熱學(xué)、電子學(xué)等）的一大類新型材料，而這些特性是自然界或化學(xué)合成材料沒(méi)有的。超材料已經(jīng)成為物理學(xué)、材料學(xué)和工程學(xué)的革命性前沿領(lǐng)域，正在成為一系列變革性技術(shù)的源頭。根據(jù)超自然物理性質(zhì)，超材料可大致分為兩類：波動(dòng)超材料和力學(xué)超材料。前者包括電磁超材料，聲學(xué)超材料和彈性超材料，可以調(diào)控電磁波、聲波和彈性波的傳播。后者則與彈性常數(shù)（泊松比和模量）有關(guān)，側(cè)重于靜力學(xué)特性，例如剪紙/折紙超材料能實(shí)現(xiàn)二維到三維的構(gòu)型轉(zhuǎn)換、五模超材料具有高壓縮-低剪切特性、拓?fù)涑牧媳憩F(xiàn)出自應(yīng)力狀態(tài)和疇壁等。目前，超材料在很多領(lǐng)域已經(jīng)顯示出創(chuàng)新性的應(yīng)用，如電磁隱身、聲學(xué)超透鏡、可編程軟體機(jī)器人、以及高性能柔性電子器件。

在柔性電子研究中引入超材料，利用其負(fù)泊松比、形狀可編程、光調(diào)控等超自然物理特性，有利于突破現(xiàn)有方法的瓶頸。相關(guān)研究已經(jīng)得到了廣泛的報(bào)道，涌現(xiàn)出很多令人耳目一新的成果，例如基于拉脹超材料的電子皮膚和柔性應(yīng)變傳感器，基于剪紙/折紙超材料的電子復(fù)眼、基于光子晶體的電子皮膚、基于光學(xué)超表面的隱身設(shè)計(jì)等等。但是，這一新興領(lǐng)域的研究方興未艾，缺乏系統(tǒng)的、全面的、深入機(jī)理的指引。針對(duì)此現(xiàn)狀，本文在之前工作的基礎(chǔ)上，提出了“柔性超材料電子”的概念，并闡述了其機(jī)理、分類、特性、應(yīng)用、挑戰(zhàn)及可預(yù)見的發(fā)展方向。下圖形象地給出了概念、分類及代表性應(yīng)用：柔性力學(xué)超材料電子（FMMEs），關(guān)注力學(xué)超材材料對(duì)柔性電子變形性能的提升和創(chuàng)新；柔性波動(dòng)超材料電子（FWMEs），聚焦波動(dòng)超材料對(duì)柔性電子功能性的提升和創(chuàng)新；柔性活性超材料電子（FAMEs），在結(jié)構(gòu)之外，單獨(dú)討論先進(jìn)功能材料提供的額外機(jī)遇。

作為一個(gè)高度綜合性的交叉領(lǐng)域，F(xiàn)MEs表現(xiàn)出與生俱來(lái)的復(fù)雜性和多樣性，這對(duì)研究者知識(shí)體系的深度和廣度提出了更高的要求。研究者需要同時(shí)了解柔性電子的性能需求和超材料所能提供的解決方案，并建立合適的橋梁。然而，不同的學(xué)科之間不可避免地表現(xiàn)出不同的傾向性。比如超材料的研究?jī)A向于探索新的物理現(xiàn)象并深入研究其產(chǎn)生機(jī)理，而柔性電子的研究則更多地關(guān)注各種性能表征和實(shí)用功能。已經(jīng)報(bào)道的FMEs只是冰山一角，這一新興領(lǐng)域的巨大潛力還有待挖掘。概念上的突破、多學(xué)科交叉的研究和需求驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)新應(yīng)用將是未來(lái)工作的關(guān)鍵。該文拋磚引玉，旨在引起廣大研究者對(duì)柔性超材料電子這一新興領(lǐng)域的興趣。(來(lái)源：華中科技大學(xué)）