第1章超材料簡介 １
1.1 何為超材料3
1.2 超材料的分類6

第2章光學/電磁學超材料 10
2.1 電磁隱身鬥篷11
2.1.1 變換光學的原理12
2.1.2電磁隱身鬥篷的探究19
2.2 負折射率超材料26
2.2.1 何為折射率26
2.2.2 負折射率超材料結構與性能30
2.3 光子晶體38
2.3.1 光子晶體的帶隙40
2.3.2 典型的光子晶體45
2.3.3 生活中的光子晶體52
2.4 電磁學超材料吸波體59
2.4.1 電磁學超材料吸波體的工作原理60
2.4.2 電磁學超材料吸波體的幾種結構61
2.4.3 電磁學超材料吸波體的應用69

第3章聲學/力學超材料 73
3.1 聲學隱身鬥篷74
3.1.1 變換聲學的原理76
3.1.2 層級結構超材料83
3.1.3 聲學隱身鬥篷的探究89
3.2 聲子晶體104
3.2.1 聲子晶體的帶隙105
3.2.2 典型的聲子晶體109
3.3 負泊松比超材料124
3.3.1 泊松比124
3.3.2 負泊松比超材料結構與性能128
3.4 五模超材料133
3.4.1 五模超材料概述134
3.4.2 五模超材料的等效性質147
3.4.3 五模超材料在聲場中的模擬153
3.5 聲學/力學超材料的加工方法156
3.5.1 水射流加工158
3.5.2 電火花線切割加工161
3.5.3 增材制造164

結語175

參考文獻179

超材料是近十幾年纔興起的一個研究方向，它是一種新型的人工材料，它的等效性質主要依賴於結構而不是組成成分，因此，也被稱為超構材料。通過人工設計的可以實現自然界材料不具備的超常的物理性質，因而其具有廣泛的應用前景。
某些超材料的研究起源較早，但直到21 世紀，超材料的名稱纔被提出並給出了繫統的闡述。電磁學超材料是研究最早的超材料，左手材料和電磁隱身鬥篷的提出，使得超材料得到了很大的關注，吸引了大批學者投入到相關的研究中，研究領域也在不斷拓展，從最初的電磁學超材料，發展到聲學超材料，後來又出現熱學超材料、等離子體超材料、生物超材料等。在每個領域內，研究的內容也不斷豐富，各種具有特異性質的模型不斷湧現，並且不斷有學者對已有模型進行改進和優化，超材料的研究已然成為科研領域的一大熱點。
超材料一般具有超常的物理性質，這也是它們能引起人們重視的原因。相對於傳統的電磁學（包括光學）介質的正折射率，超材料可以實現負折射率，使得折射波和入射波在法線的同一側。傳統的力學材料一般具有正的泊松比，超材料可以實現負的泊松比，即材料受拉時橫向變粗，材料受壓時橫向變細。傳統的固體材料一般都具有楊氏模量和剪切模量，可以支持壓力波和剪切波的傳播，而五模超材料雖然是固體結構，但可以在一定的頻率範圍內隻支持壓力波的傳播，不支持剪切波的傳播，而且五模超材料同時可以實現各向異性，即沿不同的方向，性質也不同。通過超材料還可以實現具有特異功能的器件，比如在電磁學、光學、聲學、力學、熱學等領域都提出了隱身鬥篷的概念，不同領域的隱身鬥篷的設計不同，基本原理是使（電磁/ 聲/ 熱）場通過隱身鬥篷繞過中間的障礙物，而對外界的場不產生任何影響，如同在均勻的介質中傳播一樣。這樣，隻在科幻電影或小說中存在的隱身衣，理論上是可以通過超材料來實現的。
由於超材料的種類繁多，要在一本書中將超材料的內容講全是一件不可能的事；有些內容過於復雜，也不適合初學者。本書希望通過性質特殊的幾個典型的研究方向，對超材料進行簡單的介紹，希望能夠向讀者普及超材料的相關知識並引起讀者對超材料的興趣。由於篇幅有限，超材料領域的一些前沿課題沒有收錄在內，對於志在超材料領域的研究者，後續可以查找文獻，了解該研究領域的最新動態。
書中部分研究成果是在國家自然科學基金（52001046）的資助下完成的，在此表示感謝。同時，感謝大連海事大學徐之遐星海副教授對本書的審閱及提出的寶貴意見，感謝研究生孫笑妹、肖子非、龔飛龍、孔越對本書的校對工作。
由於作者水平有限，如有表述不當之處，敬請廣大讀者批評指正。