随着科技的发展，传统材料的性能不断提高，越来越趋近于材料的自然极限。因此，探索突破常规功能材料自然极限的新途径已成为材料科学发展中迫在眉睫的问题。超材料（Metamaterial）就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，是将人造单元结构以特定方式排列形成的具有特殊电磁特征的人造结构材料。超材料的性质不是由其基本构成材料决定，而是取决于人工结构，可人为设计、任意控制。通俗地讲，以往的创新是根据自然界有什么材料，制作什么样的物品，超材料则采用逆向设计思维，根据不同的应用需求，去制造具有相应功能的材料，真正做到“按需定制”。通过对材料结构的创新设计，可广泛应用于无线通信、航天航空、新能源利用、生物医疗等众多领域。超材料有望突破传统材料在性能上的局限性，重新定义了材料的边界，将为科学创新和经济增长提供大量的新机会，具有十分广阔的前景。在国家安全方面，可应用于增强隐身技术、提高军事通信侦察成像质量以及下一代防弹衣；在健康方面，将大大改善医疗成像技术和研究工具，以及优化伤害保护产品；在交通运输方面，可促进运输轻量化，提高能源生成和存储技术。 到2025年，预计超材料制造业市场将达到数十亿美元。
美国在超材料的潜力发现与应用方面进行了大量的投入，美国的专家和研究机构所出版的期刊论文、会议文献及其被引、相关专利文献都居于世界领先地位。
但是美国政府认为虽然这项新兴技术将带来真正的好处和为联邦投资带来回报，但实现这一目标还需要完成从原型到大规模量产的跨跃，以保障质量与规模上的实用性。这就需要进行流程创新，需要建立一个强大的生态支撑系统。
为此，在美国国家标准和技术研究所（NIST）和国家科学基金会支持下，MForesight：制造业远望联盟与密歇根大学合作，于2018年4月发布了一份前瞻性报告——《超材料制造：通往产业竞争力之路》，探讨了美国超材料制造面临的挑战和机遇，并提出了一套可行性发展建议，以实现超材料的预期前景，增强美国在超材料制造领域的竞争优势，确保技术领先。
该报告提出的核心举措如下：
1.建立国家超材料研究计划
针对超材料大规模制造所面临的技术难题进行多机构联合研究：
--超材料制造的流程和工艺规模化，包括纳米压印光刻、图形转换、增材制造、自组装和相关的高进出量卷装步进过程等。
--以不同材料制造超材料的技术，包括塑造和加入不同材料的过程，以及开发更利于制造超材料的新材料。
--高分辨率下跨越多个尺度和维度的计量解决方案。
--与超材料设计和制造相关的仿真和设计建、模工具，包括能够处理3D、多维、周期性结构等。
2. 通过以下行动加强对现有联邦设施和专家的利用，以加快流程创新：
--鼓励现有的可对外使用的联邦设施投入到超材料制造领域，一起面对超材料制造的挑战。
--设立新的并扩展现有的联邦计划，将行业研究人员与联邦专家和关键的国家资源联合起来，如高端设备和高性能计算等。
3.加强联邦对关键原料的支持
通过一系列行动，保证关键纳米材料和基础材料的可获得性，使超材料制造技术实现量产成为可能。
--为实现美国的超材料制造业规模化量产成立临时基金，用于规模化生产关键原材料。
--将超材料制造关键原材料研究与现有的联邦纳米制造研发工作相结合，扩充相关工具、标准和资质。
--资助研究开发和加工新型纳米材料和基材以增强超材料制造能力和性能
4.建立跨学科咨询小组
负责对超材料制造领域的新兴机会和挑战提供实时见解，短期内，该小组应负责以下任务：
--引领超材料制造技术研发重点与发展路线，跟踪攻克技术难点的进展。优先获得美国制造业资金资助的机会。
--对阻碍或促进超材料制造的有关知识产权问题提供政策指导。
5.成立国家超材料制造示范中心
示范中心通过公私合作的方式提供资金，发挥核心协调作用，确保美国在超材料制造领域的技术领先优势，增强美国制造业竞争力。中心将采取以下措施支持国家超材料制造业的发展：
--协调产业投入与需求
--支持和加速合作研究
--提供可共享的制造设备和计算资源
--使竞争性技术的知识产权可共享
--创建和实施从业人员培训计划
超材料技术的研发引起了发达国家政府、学术界、产业界的高度重视，各国纷纷将其上升为国家战略。2010年《科学》杂志将超材料列入本世纪前十年10项重要科学进展之一。美国国防部将其列为“六大颠覆性基础研究领域”之一，俄罗斯、日本等国以及北约、洛克希德马丁公司、波音公司、雷神公司、英国BAE系统公司、日本三菱集团等机构长期支持超材料的研究和应用。
2016年3月，我国“十三五”规划纲要提出：大力发展形状记忆合金、自修复材料等智能材料，石墨烯、超材料等纳米功能材料。这意味着，超材料已经正式上升为国家战略。2015年我国正式发布超材料领域的国家标准《电磁超材料术语》，于2016年10月1日起实施。这是全球第一份超材料领域的国家标准，奠定了我国在超材料技术研究和标准转化的国际领先地位，打破了欧美对前沿科技和标准的垄断。2018年3月5日，央视播出了第八集《大国重器》，节目首次披露，我国成为了世界上首个实现超材料量产的国家。我国的超级材料研发实力，目前和全球领先的美国，并驾齐驱，超过日本，德国，荷兰等国家。
（机械工业信息研究院 张桂玲）