메타물질은 자연에서 거의 관찰되지 않는 특성을 가지도록 인공적으로 설계된 물질입니다. 이러한 재료는 구성보다는 내부 미세 구조에서 특성을 얻습니다. 메타물질은 금속 및 플라스틱과 같은 복합 재료로 만들어진 여러 요소의 집합체로 만들어집니다. 물질은 일반적으로 영향을 미치는 현상의 파장보다 작은 규모로 반복 패턴으로 배열됩니다. 이러한 독특한 배열을 통해 메타물질은 음의 굴절률, 클로킹, 슈퍼렌즈 등과 같은 특이한 특성을 나타낼 수 있습니다.
RF 및 마이크로파 분야에서 메타물질은 안테나 시스템의 성능, 전자기 특성을 향상시키고 전자기 복사를 흡수하며 재료의 탄성 특성을 수정하는 데 사용됩니다.
메타물질의 분류
메타물질은 재료의 수정된 특성에 따라 열, 음향/수송, 전자기 및 기계 등 여러 가지 고유한 클래스로 분류됩니다.
음향 메타물질
Acoustic Metamaterials는 서로 다른 밀도와 벌크 모듈러스를 갖는 두 개 이상의 재료를 결합하여 개발됩니다. 그들은 음의 밀도, 음의 탄성 계수 및 이방성 질량을 가질 수 있습니다. 이러한 메타물질은 음성 결정, 공명 구조 및 공간 코일링이라는 세 가지 범주로 더 나눌 수 있습니다.
음성 결정은 일반적으로 재료 내에서 공명 부위와 규칙적인 음향 산란 배열을 포함하며 구조에 주기성을 제공합니다. 공명 구조는 사운드 제어 및 음향 필터링에 사용되는 메타물질 유형입니다. 공간 코일링 메타물질은 Fabry-Perot 공명을 제공하며 파동이 차단되지 않고 안내될 수 있는 조건에서 사용됩니다.
전자기 메타물질
전자기메타물질은 균일한 금속 구조를 배열해 개발한 메타물질의 일종이다. 이는 환경에 존재하는 습도, 압력, 생물학적 분자를 감지하는 데 사용되며 투과성과 전기 유전율을 기준으로 특성이 지정됩니다. 이는 전자기 복사의 파장보다 작은 표면 특징과 상호 작용하는 전자기파에 영향을 미칩니다.
기계적 메타물질
기계적 메타물질은 음의 탄성 계수, 0의 전단 계수 및 음의 포아송 비로 구성됩니다. 음의 포아송 비를 갖는 재료는 하중 값이 증가할 때 더 강해지는 특성을 갖습니다. 또한 우수한 소음 및 진동 흡수 기능을 제공하므로 국방 및 항공우주 분야에 광범위하게 사용됩니다.
메타물질의 응용
메타물질은 의료 분야에서 안테나로 사용되어 방사 전력을 높이는 동시에 안테나 시스템의 특성과 효율 대역폭 성능을 일치시킵니다. 또한 안테나 부품 간의 상호 결합을 최소화합니다. 이는 자동차 부문에서 전기를 사용하여 모터를 작동하고 전자기 호환성을 보장하는 데 사용됩니다. 요즘에는 메타물질을 기반으로 한 바이오 센싱 방법이 비용이 저렴하고 라벨이 없는 생체 분자 검출로 인해 선호됩니다. 생체분자를 감지하는 빈도에 따라 센서는 플라즈마 바이오센서, 마이크로파 바이오센서, 테라헤르츠 바이오센서로 분류됩니다. 또한 메타물질은 MEMS, 분광학, 빛 및 소리 필터링 등에 응용됩니다.