超材料是人为设计的具有精细化结构的物质。例如，超材料可被设计为能与光或声以特定的方式相互作用的材料。对超材料来说，其独特的表面结构至关重要，因此科学家开始以自然界中具有图形的表面为灵感来源。

日本东京工业大学的Kotara Kajikawa和YuusukeEbihara，以及芝浦工业大学的Masayuki Shimojo，现在已经成功制备出一种采用荷叶为模板的“生物超材料”。这种新材料几乎可以吸收所有的可见光。

研究人员利用荷叶表面细胞的独特结构。荷叶上的纤毛是由微小，无序取向，类似通心粉的纳米棒组成，每个纳米棒的直径约100nm。该小组假设该结构可有效吸收光。

Kajikawa和他的同事在金薄膜上涂覆一层大量不同的叶子，应用于两种不同的方法。真空蒸发可采用加热破坏叶子表面的纳米棒结构，但是喷雾溅镀技术的效果要好很多。制备出不同样品的金薄膜涂层厚度在10nm~30nm之间。正如荷叶一样，他们也采用其他三种植物的叶子做控制实验。

研究人员发现荷叶涂覆10nm厚的金薄膜生物超材料对整个可见光的反射率低于0.01。计算表明，低反射率使得在材料表面对可见光几乎完全吸收，这源于荷叶表面无序取向的纳米棒。

团队进一步的工作则致力于是否能找到一种简单有效的方法能在制备金薄膜超材料的同时将荷叶模板移除。

超材料的研究进展

创造合成新材料来控制其电磁波并非新概念。事实上，有关这种超材料的想法至少有100年的历史了，但是有关制备技术方法在近几十年才开始真正起步。通过精确设计材料的形貌，几何结构和取向，可使其达到自然材料所不及的性能。

然而大自然在设计超材料过程中仍然非常重要。近来，研究人员开始研究纳米尺度表面结构和植物中的细胞图案，希望自然界中的物质能够为研发新型“生物超材料”提供灵感。

近来，超材料的制备已经应用于多个领域，包括光吸收材料，传感器，光滤器和伪装设备。设计制备具有独特性质的新型超材料具有很大的潜力。

方法

Kotaro Kajikawa和他的同事所制备的生物超材料利用荷叶上独特的纳米结构——它最主要的作用在于在荷叶上建立了一个防水性能很好的表面。这些结构是由无序排列的纳米棒组成的，这也正是该小组认为其可作为设计光吸收超材料的有效模板。

研究人员采用两种方法来设计荷叶表面的金基超材料——加热真空蒸发和“溅镀”技术。第一种方法可制备出完全光滑的金反射表面，因为纳米棒在加热过程中收缩了。“溅镀”法效果则更好——扫描电子显微镜图像显示内部的无序取向纳米棒保存完好，并且10nm厚涂覆在金薄膜上有很好的吸光作用。

这项研究突出表明采用自然物质表面来制备具有特定功能的超材料具有很大的潜力。该小组正在进行的工作是在制备超材料的同时移除模板，研究人员们相信这个转化过程可通过一系列化学反应来完成。


来源:材料人网