메타물질은 자연에서 거의 관찰되지 않는 특성을 갖도록 설계된 인공적으로 설계된 물질입니다. 이러한 물질은 구성이 아닌 내부 미세 구조에서 특성을 얻습니다. 메타물질은 금속 및 플라스틱과 같은 복합 재료로 만들어진 여러 요소의 조립으로 만들어집니다. 이러한 물질은 일반적으로 영향을 미치는 현상의 파장보다 작은 스케일에서 반복되는 패턴으로 배열됩니다. 이러한 고유한 배열을 통해 메타물질은 음의 굴절률, 클로킹, 초렌즈 등과 같은 특이한 특성을 나타낼 수 있습니다.
RF 및 마이크로파 분야에서 메타물질은 안테나 시스템의 성능과 전자기적 특성을 향상시키고, 전자기파를 흡수하며 재료의 탄성 특성을 변경하는 데 사용됩니다.
메타물질의 분류
메타물질은 물질의 변화된 속성에 따라 열적, 음향/전달, 전자기적, 기계적 등 여러 가지 뚜렷한 종류로 분류됩니다.
음향 메타물질
음향 메타물질은 두 개 이상의 재료를 서로 다른 밀도와 체적 탄성률을 가진 재료로 결합하여 개발됩니다. 음의 밀도, 음의 에마스틱 탄성률, 이방성 질량을 가질 수 있습니다. 이러한 메타물질은 음성 결정, 공명 구조, 공간 코일링의 세 가지 뚜렷한 범주로 더 나눌 수 있습니다.
음성 결정은 일반적으로 공진 사이트와 재료 내부의 음향 산란의 규칙적인 배열을 포함하고 구조에 주기성을 제공합니다. 공진 구조는 사운드 제어 및 음향 필터링에 사용되는 유형의 메타물질입니다. 공간 코일링 메타물질은 패브리-페로 공명을 제공하며 파동이 차단 없이 안내될 수 있는 조건에서 사용됩니다.
전자기 메타물질
전자기 메타물질은 균일한 금속 구조를 배열하여 개발된 메타물질의 한 유형입니다. 이들은 습도, 압력, 환경에 존재하는 생물학적 분자를 감지하는 데 사용되며 투과율과 전기 유전율을 기준으로 특성화됩니다. 이들은 표면 특징과 상호 작용하는 전자기파에 영향을 미치며, 이는 전자기 복사의 파장보다 작습니다.
기계적 메타물질
기계적 메타물질은 음의 탄성 계수, 0의 전단 계수, 음의 푸아송 비로 구성됩니다. 음의 푸아송 비를 가진 재료는 하중 값이 증가하면 더 딱딱해지는 특성이 있습니다. 또한, 우수한 소음 및 진동 흡수 기능을 제공하므로 방위 및 항공우주 분야에서 광범위하게 사용됩니다.
메타물질의 응용
메타물질은 의료 분야에서 안테나로 사용되어 방사 전력을 높이고 안테나 시스템의 특성과 효율 대역폭 성능을 일치시킵니다. 또한 안테나 부품 간의 상호 결합을 최소화합니다. 자동차 분야에서는 전기를 사용하여 모터를 작동하고 전자기 호환성을 보장하는 데 사용됩니다. 요즘에는 메타물질을 기반으로 한 바이오 감지 방법이 비용이 저렴하고 라벨이 없는 바이오 분자 감지로 선호됩니다. 바이오 분자를 감지하는 주파수에 따라 센서는 플라스마 바이오 센서, 마이크로파 바이오 센서, 테라헤르츠 바이오 센서로 특징지어집니다. 또한 메타물질은 MEMS, 분광학, 빛 및 소리 필터링 등에 적용됩니다.