超材料（metamaterials）是一种人工电磁功能材料，由经过设计的金属微结构按既定的排布，镶嵌在树脂或陶瓷材料中构成，可实现对电磁波的调制，改变电磁波的传播方式等。该种材料可突破某些表观自然规律的限制，从而获得超常的材料功能，为新材料设计开发带来新的机会。作为一项诞生于2000年的新兴交叉学科，超材料曾两次入选美国《科学》杂志“世界十大科技突破”，并于2010年被美国《科学》杂志评为过去10年中人类最重大的10项科技突破之一。
一、超材料应用前景广阔
超材料融合了电子信息、数理统计、生物医学、无线通信等新兴尖端领域先进技术，可广泛应用于航空航天、无线互联、生物医疗等众多高新技术领域。因其特殊的电磁性能，超材料在雷达、隐身、电子对抗等诸多技术领域拥有巨大的应用潜力和发展空间。突破吸波理论极限的超高性能吸波超材料以及透明超材料已在隐身飞机上投入应用。超材料电磁薄膜卫星平板接收天线实现了平面化，具有小型化、可拼装的特点，是对传统抛物面天线的一次革命性技术创新。采用超材料技术制造的高频射频器件，其体积和质量是同类产品的1/4，峰值功率可达同类产品的4倍。此外，采用超材料技术，针对密度高、流量大、电磁环境复杂的WiFi无线覆盖解决方案也即将投入应用。
2013年，全球超材料产业市场规模约2.9亿美元。而据美国BCC Research公司预测，2019年超材料市场规模将达到12亿美元，2024年则将达到30亿美元。预计2019-2024年的年均复合增长率将超过20%。其中，电磁超材料将占到全部超材料市场规模的40%～45%，应用前景十分广阔。
二、发达国家将超材料列入重要的战略领域、产业化技术逐步成熟
美国、日本及欧洲等国家将超材料作为具有国家战略意义的新兴产业，积极投入到超材料技术的研发中，力争在超材料领域占据主导地位。超材料研究得到了美国、日本、欧盟、波音公司、雷神公司等国家或机构的长期资助，现已成为国际上最热门的新兴交叉学科。美国军方确立超材料技术率先应用于最先进的军事装备，包括IBM和Intel在内的多家美国著名半导体公司共同出资设立支持超材料研究的基金。欧盟则对超材料的研究予以重金支持，组织数十位著名科学家在超材料领域联合攻关。日本政府拨出巨额资金将超材料作为新学术领域研究的重点，并将超材料技术列为下一代隐形战斗机的核心关键技术。同时，各国正积极促进超材料科技成果转化及产业化。欧美等发达国家迅速出现一些专注于将超材料技术产业化的创业公司，例如，卫星通信创业公司Kymeta专注于超材料卫星平板天线的民用化，目前已获得C轮融资5000万美元，Metamaterial Technologies Inc.公司则致力于将超材料应用于光技术领域，进而为国防和空间技术服务，现已形成大批量生产能力。
三、我国超材料技术总体处于国际先进水平
我国在超材料领域内的研究起步较早，政府十分重视超材料技术的研发，并在多项国家重点科研项目中予以立项支持。包括多所著名大学和研究院所在内的科研机构对超材料的研究已有十余年，针对超材料在隐身、探测、核磁等多个相关领域的应用进行了大量基础性研究工作，并获得了一系列原创性成果。部分科研机构已研发了符合工业标准的超材料，制造出许多高性能超材料器件和产品，包括多功能复杂曲面超材料电磁罩、超材料超级阵列、高性能超材料天线、迷你基站射频滤波器、超材料多制式兼容天线等。据了解，截至2013年，我国科研机构已在世界范围内申请了超过2 400件超材料领域核心专利，占该领域专利申请总量的85%。同年，我国在全球范围内率先启动电磁超材料标准化工作，成立了全国电磁超材料技术及制品标准化技术委员会。
四、我国超材料产业发展存在的主要问题
1 超材料设计能力有待进一步提升
为满足对大量超材料微结构的精确仿真和计算，需要不断优化运算模型，并进一步提高超算中心的运算能力。目前，我国在电磁器件仿真实验、实验设计、统计优化方面与发达国家存在一定差距。如在大规模复杂电磁结构数值分析和仿真实验方面，国外已普遍利用统计建模和优化方法来实现电磁器件的设计和优化，并可根据实际情况对现有方法进行修正和改进，而我国超材料设计方法仍存在计算效率低、寻优算法收敛难等问题。
２制备加工技术难以满足超材料产业化需求
受制于制备工艺和设备不完善，现阶段我国大部分超材料样品是在“作坊式”的环境下制作出来的，部分复杂结构的超材料器件仍需通过手工完成。由此带来的制备效率低、制备成本高、精细加工能力弱、可重复性差等问题成为制约超材料大规模产业化的主要瓶颈。如在微结构共形加工方面，目前尚难以实现复杂形面三维结构的加工，一般只能通过多块超材料拼接完成，加工难度大，精度难以满足设计要求。而在大幅面超材料微结构制备方面，超材料所要求的线路公差控制要求较高，达标设备供应商数量有限，货源不稳定。
３高端测试设备面临禁运
西方发达国家长期对我封锁超精密测试技术和仪器设备，导致我国在超材料的无损检测领域内缺乏有效工具，难以实时监控超材料加工质量和精度。目前，研究人员大多依赖有损检测及应用效果证实材料的有效性，导致超材料器件制备效率低、制备质量差、研制周期长，浪费了大量人力物力和时间成本。
４超材料服役条件下的适应性和可靠性尚需研究
目前，针对超材料性能的研究多在实验室条件下完成，而在服役条件下则缺乏相应的研究手段。探索超材料在服役条件下的性能演变规律和失效机理，进而改善超材料服役性能，确保使用可靠，将会进一步拓宽超材料的应用范围。
５商业模式亟待创新
超材料应用前景广阔，但掌握超材料设计方法和制备手段的单位数量较为有限。受困于成本因素，目前超材料仅在军事国防、部分公共设施等少数领域得到应用，并未在国民经济相关领域实现大规模推广。亟待通过商业模式创新，实现超材料在多个领域的大规模应用推广和市场拓展。
五、多措并举，促进我国超材料产业快速健康发展
1 建立标准，规范产业秩序
标准化作为支撑科技创新配套链条的关键一环，将有利于推进超材料技术进步和成果固化，将为超材料产业的有序化、规范化、高速化发展提供技术支持，将为超材料产品的商业化、市场化提供保障，有利于引导资源的合理分配，规范超材料在经贸领域的秩序，统筹超材料上、下游产业的发展导向，促进超材料市场持续健康发展，进而拉动新材料产业领域经济。
２统筹规划，整合现有资源
尽快建立超材料关键、共性技术研发和服务平台，鼓励企业、科研院所、关键用户开展深层次的合作研发。成立技术创新战略联盟，整合系统资源，为超材料产业发展提供技术服务，促进超材料技术科技成果的转化应用，进而带动新材料、新一代信息技术、高端装备制造等战略性新兴产业的跨越式发展，发挥产业示范引领作用。
３强化基础研究，完善制备能力
现阶段，超材料技术大规模应用的主要瓶颈来自于加工和测试设备的缺失，应进一步强化超材料技术的基础研究，完善基于超材料关键技术的产品设计、制备封装、性能测试、工艺开发等技术，突破国外技术封锁。
４ 积极推动，创新商业模式
通过需求牵引，积极推动基于超材料技术的传统产品升级和产业化推广工作，优化制备工艺，降低生产成本，重点支持超材料技术在航空航天、卫星通信、无线互联等领域的应用示范和创新工程。
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