超材料的案例
我是超材料，我為自己代言
超材料超透鏡：淺色區域為黃金，深色為PMMA超材料
對于超材料在生物醫療領域的應用，國內研究者和研究機構也已在展開探索，如2011年，深圳光啟高等理工研究院揭牌成立了“超材料技術生物醫療應用工程實驗室”。
隨著超材料領域研究和應用的深化，超材料能否引領生物醫療領域的顛覆性變革，讓我們拭目以待。
來源：根據科技日報、材料館、戰略前沿技術
【科普系列】基于超材料的無標記光學生物傳感
在過去的十幾年內，研究者們提出了一系列基于法諾共振超材料、雙曲超材料、拓撲暗點等離子體超材料以及表面增強拉曼散射超材料等來構建新型無標記光學生物傳感器（圖2），有效提高了光學生物傳感器的靈敏度和品質因數，實現了較低的濃度檢測極限。
圖2 可見光與近紅外波段超材料生物傳感器
（a）由光學“亮”偶極天線和光學“暗”四極天線組成的法諾共振超材料；（b）光柵耦合雙曲超材料；（c）能夠實現拓撲暗點的自組裝核殼等離子體超材料；（d）用于表面增強拉曼散射的開口諧振環超材料
2 中紅外波段超材料生物傳感器
中紅外光譜對應著多種生物分子的特征振動指紋。通過獲取這種振動指紋，中紅外光譜能夠以非破壞、無標簽方式提供生物分子精細的生化信息，適合于檢測、識別多種不同種類的生物分子。然而，由于中紅外波長（2~6 μm）與生物分子尺寸（<10 nm）之間的巨大尺度失配，使得振動吸收信號非常微弱。當檢測納米樣品、生物膜或表面結合分子數量較少時，中紅外光譜的檢測靈敏度較低，而采用表面增強紅外吸收可有效克服這一局限。當亞波長諧振器的諧振峰與分子振動指紋重疊時，局域增強的電場可以增強分子與諧振器之間的耦合，導致諧振頻率和強度的變化，從而提取分子指紋。這一方法已在多種金屬基超材料、石墨烯超材料和介質基超表面中實現并用于生物信息檢測（圖3）。
展開 在 COMSOL 中分析特殊的多孔彈性超材料
超材料是一種人工材料，其性能取決于特定的結構設計而非化學成分。此類材料的結構往往很復雜，因此制造難度相當大。本文我們將通過數值研究探討一種能夠在靜水壓力的作用下膨脹的多孔彈性超材料（由帶空隙的單一材料制成）。
超材料與 3D 打印結合
“3D 打印”和“超材料”具有廣闊的應用前景，能夠制造定制的醫療植入物，打印房屋，應用于聲學隱形技術，是改變我們周圍世界的前沿科技潮流。
3D 打印機。圖片由 Jonathan Juursema 提供。在 CC BY-SA 3.0 許可下使用,通過 Wikimedia Commons 分享。
通過兩種技術的結合，我們可以使用直接激光寫入（direct-laser-writing，簡稱 DLW）打印來制造復雜的超材料，這種工藝對于其他制造技術而言相當困難或不可能實現。這個想法的靈感來源于德國卡爾斯魯厄理工學院（Karlsruhe Institute of Technology）和法國勃艮第弗朗什-孔泰大學（Université de Bourgogne Franche-Comté）的研究小組。他們共同研究了在穩定和靜態條件下表現出獨特的負等效壓縮性力學性能的超材料。
研究具有負等效壓縮效應的多孔彈性超材料
研究人員的多孔彈性超材料是一種人造三維復合材料，當周圍環境產生的靜水壓力增加時，將發生各向同性的膨脹。大多數天然彈性材料的反應與之相反，當周圍的靜水壓力增加時，它們的體積會變小。
海綿是一種受多孔彈性現象影響的材料。
那么為什么超材料會膨脹呢？為了回答這個問題，讓我們來觀察一下超材料。超材料由單一的普通固體成分構成，材料內為中空的三維十字結構，此結構內部的隱藏空間包含恒壓空氣。每個十字的末端都有圓形的膜片。
當周圍壓力與十字結構中的壓力不同時，膜片向內或向外彎曲。
展開 在 COMSOL 中分析特殊的多孔彈性超材料
超材料是一種人工材料，其性能取決于特定的結構設計而非化學成分。此類材料的結構往往很復雜，因此制造難度相當大。本文我們將通過數值研究探討一種能夠在靜水壓力的作用下膨脹的多孔彈性超材料（由帶空隙的單一材料制成）。
超材料與 3D 打印結合
“3D 打印”和“超材料”具有廣闊的應用前景，能夠制造定制的醫療植入物，打印房屋，應用于聲學隱形技術，是改變我們周圍世界的前沿科技潮流。
3D 打印機。圖片由 Jonathan Juursema 提供。在 CC BY-SA 3.0 許可下使用,通過 Wikimedia Commons 分享。
通過兩種技術的結合，我們可以使用直接激光寫入（direct-laser-writing，簡稱 DLW）打印來制造復雜的超材料，這種工藝對于其他制造技術而言相當困難或不可能實現。這個想法的靈感來源于德國卡爾斯魯厄理工學院（Karlsruhe Institute of Technology）和法國勃艮第弗朗什-孔泰大學（Université de Bourgogne Franche-Comté）的研究小組。他們共同研究了在穩定和靜態條件下表現出獨特的負等效壓縮性力學性能的超材料。
研究具有負等效壓縮效應的多孔彈性超材料
研究人員的多孔彈性超材料是一種人造三維復合材料，當周圍環境產生的靜水壓力增加時，將發生各向同性的膨脹。大多數天然彈性材料的反應與之相反，當周圍的靜水壓力增加時，它們的體積會變小。
海綿是一種受多孔彈性現象影響的材料。
那么為什么超材料會膨脹呢？為了回答這個問題，讓我們來觀察一下超材料。超材料由單一的普通固體成分構成，材料內為中空的三維十字結構，此結構內部的隱藏空間包含恒壓空氣。每個十字的末端都有圓形的膜片。
當周圍壓力與十字結構中的壓力不同時，膜片向內或向外彎曲。
展開 
具有神奇魔力的超材料
“這種超材料中棒的形狀和配置引起光按箭頭方向彎曲成負角度，這種過程叫做負折射。對這一動態過程更好的理解會加速新的超材料的發展，比如完美的透鏡和隱身衣。” 密西根理工大學的Elena Semouchkina說。
超材料提供了一種非常真實的可能性，即我們最牽強的幻想有一天會變成現實。從隱形斗篷和完美的透鏡到極大容量的電池，它們超級強力的應用挑弄人的想象力。盡管科學家們已經研究了超過15年的超材料，但迄今為止，“挑弄”一直是關鍵詞。
“沒有許多真正的超材料設備被開發出來，” 密西根理工大學電子工程副教授Elena Semouchkina說，“士兵們不能把隱形衣披到他們的肩膀上躲避狙擊，沒有完美的鏡頭應用程序可以讓你用智能手機看到病毒。在某種程度上，這是因為傳統上研究人員過于簡化了超材料的工作原理。”Semouchkina說它們的復雜性往往被忽略。
因此，她和她的團隊開始研究這些復雜性，發現超材料的魔力是由超過一個物理原理所驅動的。一篇描述他們研究的論文最近被《物理學報D:應用物理學》發表在網上。
簡單！
“超材料似乎看起來很復雜和未來主義，但事實恰恰相反。” Semouchkina說。超材料是一種具有自然界不存在的性能的工程材料。它們通常是由傳統材料做成的許多相同的元素制成，如金屬或非導電材料。想想一個魔方由幾百萬個比人類頭發的厚度還要小的單位組成。
這些專門設計的材料的工作原理是將電磁輻射的路徑彎曲——從無線電波到可見光到高能伽瑪射線——到新的不同的路徑。超物質怎樣彎曲這些路徑（稱為折射）決定了它們的特殊應用。例如超材料隱形斗篷會彎曲被其遮蓋的物體周圍光的路徑，促進它們在另一處重新匯聚。因此，旁觀者可以看到物體背后的東西，而物體本身則是看不見的。
超材料研究者的傳統方法是將一個超材料的反射性能和共振聯系起來。
展開 第一屆超材料大會在西安成功舉辦！
第一屆全國超材料大會定于2019年11月24 ~ 27日在美麗的古城西安召開。大會由中國材料研究學會超材料分會、中國物理學會電介質物理專業委員會和中國電子學會元件分會聯合主辦，由西安交通大學、空軍工程大學、西北工業大學和西安電子科技大學承辦，網站為www.meta-conf.com。
在近二十年的發展中，超材料一直是十分活躍的交叉學科研究領域，是諸多領域顛覆性技術的源頭。第一屆全國超材料大會旨在推動我國超材料理論研究、設計與制備研究、器件應用研究；增進超材料學術界和工業界之間的學術交流、技術交流與應用推廣；促進我國超材料研究的知識創新、技術創新以及應用發展。大會議題包括：電磁、太赫茲、光學、力學、聲學、熱學超材料，超材料測試與加工技術、超材料應用技術，超表面、等離激元、光子晶體、吸波材料、分級微納超結構等。另外，大會面向碩士和博士研究生設置了研究生論壇；邀請科研院所、科技型企業等發布超材料應用需求，開展技術推介。
邀請報告摘要下載>
座無虛席
繁忙的前期準備工作
展開 特殊多孔彈性超材料的仿真分析
超材料是一種人工材料，其性能取決于特定的結構設計而非化學成分。此類材料的結構往往很復雜，因此制造難度相當大。在文本中，我們將通過數值研究探討一種能夠在靜水壓力的作用下膨脹的多孔彈性超材料（由帶空隙的單一材料制成）。
超材料與 3D 打印結合
“3D 打印”和“超材料”是“COMSOL 文章”版塊的兩個熱門話題。它們具有廣闊的應用前景，能夠制造定制的醫療植入物，打印房屋，應用于聲學隱形技術，是改變我們周圍世界的前沿科技潮流。
3D 打印機。圖片由 Jonathan Juursema 提供。在 CC BY-SA 3.0 許可下使用,通過 Wikimedia Commons 分享。
通過兩種技術的結合，我們可以使用直接激光寫入（direct-laser-writing，簡稱 DLW）打印來制造復雜的超材料，這種工藝對于其他制造技術而言相當困難或不可能實現。這個想法的靈感來源于德國卡爾斯魯厄理工學院（Karlsruhe Institute of Technology）和法國勃艮第弗朗什-孔泰大學（Université de Bourgogne Franche-Comté）的研究小組。他們共同研究了在穩定和靜態條件下表現出獨特的負等效壓縮性力學性能的超材料。
研究具有負等效壓縮效應的多孔彈性超材料
研究人員的多孔彈性超材料是一種人造三維復合材料，當周圍環境產生的靜水壓力增加時，將發生各向同性的膨脹。大多數天然彈性材料的反應與之相反，當周圍的靜水壓力增加時，它們的體積會變小。
海綿是一種受多孔彈性現象影響的材料。
那么為什么超材料會膨脹呢？為了回答這個問題，讓我們來觀察一下超材料。超材料由單一的普通固體成分構成，材料內為中空的三維十字結構，此結構內部的隱藏空間包含恒壓空氣。每個十字的末端都有圓形的膜片。
展開 深度學習賦能的熱學超材料智能設計
來源 | Advanced Materials
01
背景介紹
通過設計熱學超材料的結構構型，可實現熱流的操縱與控制，從而獲得超常熱功能，如：熱隱身、熱集中、熱偽裝、熱旋轉等。熱學超材料設計涉及高維設計空間、多個局部極值、巨大計算成本，以及熱學屬性與單胞結構間多種對應關系等，這給熱學超材料的智能設計帶來了巨大的挑戰，因此，開發出自動、實時、可定制化地設計熱學超材料的方法十分重要。
02
成果掠影
近日，華中科技大學高亮教授團隊關于熱學超材料拓撲優化設計的最新研究成果提出了深度學習賦能的熱學超材料拓撲優化設計方法，實現了自由形狀熱學超材料的智能設計。設計的“熱隱衣”可屏蔽外部溫度場對器件內部物體的干擾，實現主動隔熱，可用于熱敏元器件的熱防護。該方法采用深度生成模型，將拓撲功能單胞概率表示在隱空間，根據熱學超材料的定制功能需求，可自動、實時地生成具有目標熱傳導張量的拓撲功能單胞，進而快速生成熱學超材料。基于上述思路，研究團隊設計了多種具有自由形狀、背景溫度獨立、全方向功能的熱隱身超材料，并通過數值仿真和熱學實驗驗證了其良好的熱隱身效果。該研究工作也為熱學超材料的智能設計提供了全新思路，可靈活實現不同背景材料、自由形狀和不同熱功能的熱學超材料的快速設計，解決了傳統熱學超材料設計中大規模有限元計算與反復優化迭代所帶來的計算效率低的難題，進一步推動了熱學超材料在航空航天、電子等領域的工程應用。相關研究成果以“Deep-Learning-Enabled Intelligent Design of Thermal Metamaterials”為題發表于《Advanced Materials》。
展開 日本驚艷世人的剪紙藝術中誕生的超材料
在世人的概念里，剪紙只是一項民間藝術，而超材料指的是一類具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料。如果之前有人說剪紙藝術能夠創造出超材料，那一定會被認為是異想天開。但是現在，這項技術已經成為了現實——布里斯托大學的工程師們使用這種剪紙技術開發了一種新的變形材料。
目前，超材料普遍應用于制造人工電磁、振動吸收器和高性能的傳感器。作新興發展起來的復合材料，研究者們在過去的幾年找尋研發超材料的新方法的過程中，發現超材料具有形狀可調的性能。
因此他們開始對日本的折紙和剪紙藝術產生興趣，并開始著手將這種藝術手法應用于超材料的研發上。在這項新的研發過程中，研究者們基于拓補折紙和剪紙技術來創建一種超材料，使其具有一個邊緣很柔軟，而另一個邊緣仍然能保持堅硬的性質。也就是說，依據剪紙技術，用單一的材料制備兩種完全不同的拓撲相。
在長久的研究中，科學家發現，“剪紙”藝術可以用于將二維薄板材料轉化為復雜的三維幾何圖形的形狀，并且有著比傳統的“折紙”技術更廣泛的可選擇性。使用這種“剪紙”藝術所制造出來的機械超材料可以無縫地改變形狀，在微小幾何形變條件下依舊可以表現出機械性能的大幅變化，還能通過主流驅動機制適應形狀的改變。
現階段，“剪紙”超材料可以由當前已有的熱塑性或者熱固性復合材料制造出來，只要嵌入不同的傳感和電子系統中就可以獲得全集成的智能變形結構。
ACCIS航天工程系的智能材料與結構教授法布里奇·奧斯卡帕表示：“這項研究提出了一種基于‘剪紙’藝術設計思想的多孔超材料制造方法。這種技術允許我們通過工程切割和折疊獲得大尺寸、大體積變形，并具有高定向、可調節機械性能的多孔超材料。”
據發布里奇介紹，這種超材料未來可用于制造機器人、飛機等機體所需要的的變形結構，或者制造微波和智能天線等。
展開 新型3D打印超材料實現主動冷卻和射頻通信
2021年9月10日，南極熊獲悉，美國的一個研究小組利用3D打印技術創造了一種新型的、高度可配置的超材料，且具有可修改的熱和電磁特性。
來自北卡羅來納州立大學博士生Urmi Devi領導的工程師們表示，他們從生物體內的血管網絡中獲得了靈感。通過3D打印微小的靜脈狀空心管網絡，該團隊發現，當通過血管泵送不同的液體時，它可以控制復合超材料的幾個特性。
這種受生物啟發的創新是用玻璃纖維增強的結構性環氧樹脂3D打印的，被稱為"血管化玻璃纖維"。據該研究的通訊作者Jason Patrick說，超材料的可重構性使其具有多功能性，有可能應用于微處理器、飛機和建筑物的主動冷卻，以及飛行中的可調諧通信設備。
帕特里克說："纖維增強的復合材料已經在廣泛使用。我們所做的是在材料方面取得進展，并利用3D打印技術創造出一類新的多功能和可重新配置的超材料，這對于可擴展的、結構性的實施具有真正的潛力，而且不應該是過于昂貴的。"
△超材料的電磁特性可以用液態金屬合金來改變，而它的熱特性可以讓水通過它來改變。圖片來自北卡羅來納州立大學
支持3D打印的超材料
超材料的多功能性最終可以歸功于增材制造所賦予的設計自由。這項技術使工程師們能夠以廣泛的幾何形狀和尺寸3D打印高度復雜的管網——微血管。由于超材料依賴于現成的復合材料制造工藝，它的生產也應該具有成本效益。
在實驗過程中，美國研究人員讓鎵和銦的室溫液體合金穿過該網絡，這使他們能夠控制其電磁特性。具體來說，通過修改血管的方向、間距和內部導電液體金屬的體積，研究小組可以密切控制超材料如何過濾掉無線電頻譜中的特定電磁波。這對于能夠按需從頻譜的一個部分跳到另一個部分的可調諧通信系統具有巨大的潛力。
展開 Nature子刊：東南大學信息超材料獲新進展！
近日，東南大學毫米波國家重點實驗室崔鐵軍教授課題組在信息超材料領域取得新進展，研究成果以“Space-time-coding digital metasurfaces（時空編碼數字超表面）”為題，10月18日在線發表于《自然通訊》（Nature Communications）。東南大學為第一署名單位，崔鐵軍教授為論文通訊作者，博士生張磊為第一作者，意大利Sannio大學的Vincenzo Galdi教授為共同通訊作者。合作者還包括崔鐵軍教授課題組的碩士生陳曉晴、博士生劉碩、張茜、趙捷、戴俊彥、白國棟；萬向副教授、程強教授，以及意大利Sannio大學的Giuseppe Castaldi教授。
論文鏈接：
http://www.nature.com/articles/s41467-018-06802-0
超材料（Metamaterials）是指亞波長尺度單元按一定的宏觀排列方式形成的人工復合電磁結構。由于其基本單元和排列方式都可任意設計，因此能構造出傳統材料與傳統技術不能實現的超常規媒質參數，進而對電磁波進行高效靈活調控，實現一系列自然界不存在的新奇物理特性和應用。然而，傳統的電磁超材料和超表面都是基于連續變化的媒質參數，很難實時地操控電磁波。
2014年，崔鐵軍教授課題組在國際上首次提出“數字編碼與可編程超材料”，提出用二進制數字編碼來表征超材料的思想，通過改變數字編碼單元“0”和“1”的空間排布來控制電磁波（Light: Science & Applications, 3, e218, 2014）。這一概念的提出不僅簡化了超材料的設計難度和優化流程，構建了超材料由物理空間通往數字空間的橋梁，使人們能夠從信息科學的角度來理解和探索超材料。
展開 
無需超材料的“流體隱形斗篷”，讓物體在流體中隱形 | NSR
超材料的出現讓“隱形”夢從科幻照進現實。然而超材料設計復雜、制造困難，難以量產。在最近發表于《國家科學評論》（National Science Review, NSR）的文章中，新加坡南洋理工大學羅宇、張柏樂所在的研究團隊設計了一種無需超材料的針對流體的隱形斗篷。該斗篷可使流體在繞過障礙物時保持原有的運動軌跡，從而在流體運動下有效地隱藏大尺度物體。
在《哈利·波特》系列的第二部中，一件神奇的“隱形斗篷”發揮了巨大的作用。
哈利·波特的隱形斗篷
2006年，倫敦帝國理工學院的John Pendry爵士首次提出基于超材料的隱形技術，人類的隱形之夢開始從科幻照進現實。從那時開始，隱形技術研究變得炙手可熱，不同版本的隱形斗篷相繼問世。其中有可使物體對可見光透明光學斗篷，也有使物體不被雷達探測到的雷達斗篷，還有可使物體在聲納中隱形的聲學斗篷等。
然而迄今為止，所有實驗實現的隱形斗篷都依賴于超材料。被隱藏的物體通常都是小尺度的。超材料是一類具有特殊功能的人造材料，可以操控光、聲音或者流體在其中的傳播速度，從而實現隱形。然而，超材料單元結構的制造通常涉及復雜的微納加工，這使得大尺度隱形裝置的實驗實現變得尤為困難。
展開 微孔和柔性的MOF聲學超材料
導讀：
金屬-有機骨架材料 (MOF) 的低頻聲學特性可以通過阻抗管實驗測得。MOF超材料的低頻聲學衰減作用，可能是由于微孔框架結構內部對聲音進行多次反射，促進了聲音的消散和吸收。這可是MOF第一次被證明是聲學超材料。
阻抗管：用于測量吸聲材料的垂直入射吸聲系數的裝置
低頻：100-1250Hz
低頻噪聲的減弱是環境和建筑工程的目標。但是低頻的衰減在噪聲衰減里是最具挑戰性的，通常需要高質量和高厚度的屏障。在建筑物、汽車、飛機和航天器等的建造中，重量和/或燃料效率是需要考慮的問題，因此，使用輕質材料有效衰減低頻聲音是一直以來的需求。此外，具有獨特聲學特性的材料也是造影劑監測領域的關注點。
具有異常聲學特性的材料稱為聲學超材料。吸收性的聲學超材料由周期性結構組成，具有可調的聲學特性，在傳感、隱形、隔音和地震防護等方面都具有廣泛的應用。
將多孔顆粒用于墻板和其他建筑材料的噪聲衰減已受到密切關注，納米顆粒也成功應用于地下能量提取。受這兩者的啟發，我們可以想到，金屬-有機骨架 (MOF) 可能同樣具有潛在的聲學超材料特性，包括它的微孔結構、產生MOF納米顆粒的能力、可設計和調整的幾何框架和柔性。MOF的另一個優勢是它可以以不同的形式加入到消聲/監測體系中，例如噴霧劑、添加劑、離散納米粒子、納米流體注射劑等。
雖然MOF的機械性能和可變形行為已經開始被研究，并且已經在減震和機械能儲存方面應用。但在接下來這篇報道發表之前，這類材料還沒有被確定為聲學超材料，也沒有關于他們低頻聲學特性方面的評估。
ACS Appl. Mater.
展開 三維晶格超材料的隔振性能及耐撞性研究
原文摘要：
本文研究了一種新型三維（三維）晶格超材料的隔振性能和耐撞性，該材料的單元由一個空心菱形十二面體和六個圓柱管組成。由于超材料中存在帶隙，可以抑制三維超材料中彈性波的傳輸。同時，當發生碰撞時，三維超材料可以通過塑性變形來吸收破碎能量。研究了結構參數對新型三維超材料的帶隙特征和碰撞行為的影響。結果表明，結構參數在確定帶隙特征和碰撞行為方面起著至關重要的作用。因此，通過合理地調整結構參數，可以獲得所需的隔振性能和耐撞性。最后，從隔振性能和耐撞性等綜合方面進行了多目標優化，得到了新型三維超材料的優化設計。本工作為開發具有隔振性能和耐撞性的多功能超材料提供了新的可能性。
原文總結：
該研究提出了一種新型的三維變形材料的設計，并對其振動隔離能力和耐撞性進行了全面的研究。通過多目標優化來優化變形材料，同時考慮了振動隔離和耐撞性。主要結論如下：
(1) 通過調整所提出的三維變形材料的結構參數，可以控制帶隙和破壞響應，從而控制振動隔離特性和能量吸收性能。
(2) 第6和第7頻帶之間的帶隙隨著b的增加而先打開后關閉。帶隙的群速度范圍隨著b的增加而呈現先增加后減小的趨勢。頻帶的能量傳遞效率(PCF)和聲能吸收效率(SEA)隨著b的增加而增加。
(3) 第6和第7頻帶之間的帶隙隨著d的增加而逐漸減小。帶隙的群速度范圍隨著d的增加而呈下降趨勢。頻帶的能量傳遞效率(PCF)在d增加時先減小后增加。總體上講，隨著d的增加，聲能吸收效率(SEA)的差異并不顯著。
(4) 隨著t的變化，群速度范圍的變化相對較小。頻帶的能量傳遞效率(PCF)和聲能吸收效率(SEA)隨著t的增加而增加。
展開 科學家研發出新型聲學超材料
據sciencedaily.com網站報道，美國波士頓大學工程學院教授Xin Zhang和機械工程學博士生Reza Ghaffarivardavagh在《物理評論B輯》（Physical Review B）雜志發文介紹了一種可以屏蔽噪音的新型聲學超材料。該材料經過“完美”的數學設計，具有環狀開放結構，可在切斷噪聲的同時保持空氣正常流動。聲學超材料經數學設計、3D打印成型。外圈內側，螺旋狀結構可以對聲音產生干擾作用，阻止其通過開放的環狀中心，同時又能保持空氣的流動。
Ghaffarivardavagh說：“目前使用的聲屏障主要是厚重的隔音壁，雖然它的確對噪音有阻隔作用，但當空氣流通變得不可或缺時，這種笨重的方案就不適用了。例如，堵住噴氣式發動機的排氣口，雖然噪音消除了，但是飛機只能呆在地面。因此地勤人員只能佩戴厚重的耳塞來免受噪音之苦。”
Ghaffarivardavagh和Zhang通過數學計算，找到了解決方案。他們對聲學超材料的尺寸和規格進行了計算，希望能找到一種開放式結構，既能干擾聲波傳輸，也不妨礙空氣流通。Zhang等介紹說，設計的基本前提是，這種超材料能夠將傳入的聲音送回聲源處。
根據計算結果，他們采用3D打印技術，用塑料制作了一個開放式的降噪結構并進行了室內實驗。Zhang等在PVC管兩端分別固定了揚聲器和聲學超材料。當他們按下播放鍵，揚聲器竟然“安靜”地啟動了。單憑人的聽覺，根本不會知道揚聲器正在發出刺耳的高音。論文作者之一、Zhang實驗室前成員Jacob Nikolajczyk說：“雖然我們一直能在電腦模型中看到類似結果，但實際情況還是讓我們大吃一驚。”
通過對比，研究人員發現聲學超材料幾乎可以阻隔94%的噪音。
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