超材料已在哪些领域实现经济高效的规模化应用？
最成功的案例出现在食品技术领域：注塑成型超材料用于植物基肉类替代品。2024年的一项研究表明，注塑成型——一种可大规模应用的聚合物工业技术——生产整切肉类替代品的成本为每公斤9美元，而3D打印的成本为每公斤38美元。盲测结果显示，43%的受试者更偏好超材料牛排[5]。这一成功得益于超材料设计（热不可逆脂肪复合材料与多尺度肉类模拟物）与现有大规模生产工艺的兼容性。
在电磁应用中，简洁的设计正展现出可扩展性。2023年的一项研究展示了一种超宽带超材料吸收器，采用简单的垂直缝隙阵列结构，在4.1至29.6 GHz频段（相对带宽达151%）实现了超过90%的吸收率，且其设计明确面向低成本制造 [3]。同样，2023年的一款不锈钢太赫兹传感器仅使用单一材料（不锈钢）和简单结构，便在2.937 THz处达到99.99%的吸收率，制造成本低廉 [4]。这些实例表明，当超材料设计被简化并与现有制造工艺相匹配时，规模化生产便成为可能。
对于金属超材料，2024年的一项突破性研究采用基于光刻的金属增材制造技术（先对金属填充树脂进行数字光处理，再进行烧结），成功在分米尺度上3D打印出具有微米级特征的不锈钢超材料。作者将其与激光粉末床熔融技术进行对比，发现该技术在精度、表面粗糙度和设计自由度方面均具有竞争力，并称之为“将金属超材料从实验室推向市场的可行方案”[2]。
哪些应用仍面临规模化难题？
大型结构超材料——用于能源系统、民用基础设施或航空航天领域——仍难以实现规模化应用。2025年的一篇综述明确指出，“绝大多数已报道的超材料研究都停留在纳米和微米尺度，这归因于制造成本与工艺能力”[8]。该综述指出，多材料工程与混合制造技术虽前景广阔，但实现米级超材料仍属新兴路径；同时提到，半主动可重构超材料（能以有限功率调控性能）虽具潜力，但目前仅在小尺度上得到验证[8]。
具有可调特性的力学超材料（如可调节泊松比或压缩-扭转耦合效应）面临另一种规模化难题：每种所需性能变体往往需要单独制造。2025年的一项研究提出了一种设计，仅通过改变晶胞数量与组合方式即可调节性能，这有望实现大规模生产，但该概念尚属新颖，尚未在大规模应用中得到验证[7]。
针对多光谱伪装技术，2025年的一项研究展示了一种柔性透明超材料，可在红外、微波和激光波段工作，并明确表示其采用了“成熟的微纳加工技术”，能够实现18×18厘米样品的大规模生产[1]。然而，这仍属于实验室演示阶段；该论文并未涉及每平方米的成本或工业规模下的生产良率。
哪些新型制造方法最有规模化前景？
一步光刻技术为手性超材料带来了革命性突破。2026年的一项研究提出了一种单步电子束沉积方法，利用薄膜生长过程中的阴影效应制备三维本征手性超材料，在可见光波段实现了高达1.3的不对称因子（g因子）——而传统多步方法通常仅为0.1。作者明确指出，该方法“简化了制造流程”，并能够实现大规模生产[10]。
对于基于石墨烯的超材料，2022年的一项研究展示了利用氢辅助各向异性刻蚀方法，实现具有锯齿形边缘的单晶石墨烯网格超材料的晶圆级生产。这避免了传统光刻技术在剥离薄片上带来的污染和尺寸限制，从而能够大规模生产用于集成电路的高质量薄膜[9]。
受折纸剪纸启发的超材料为可重构电磁系统提供了一条低成本路径。2023年的一项研究表明，金属化的剪纸图案可通过机械驱动来调节谐振频率或诱导各向异性，作者强调“低制造成本”是相较于当前可重构系统的一大关键优势[6]。这种方法本质上具有可扩展性，因为它仅需对片状材料进行简单的切割与折叠。
关于这些来源
该答案基于10篇经同行评审的研究构建而成——发表于2022年至2026年间，其中7篇来自2024年及以后，5篇发表于Q1期刊，累计被引用59次——这些研究是从15篇通过质量筛选的文献中选出的最具相关性的成果，而该15篇文献又源自从超过5亿篇论文数据库中检索到的66篇论文。
本文引用的文献
基于柔性透明超材料的功能性多光谱伪装策略，兼具辐射冷却兼容性
展示了一种利用成熟微纳加工技术制备的柔性透明超材料，用于多光谱隐身（红外、微波、激光），并成功制作出18×18厘米的样品，其在4.4-18 GHz频段内可见光透过率超过60%，微波吸收率超过90%。
通过光刻增材制造解锁多尺度金属超材料
利用光刻金属制造技术（基于金属填充树脂的数字光处理技术），实现了不锈钢超材料的多尺度无支撑3D打印，在分米级尺度上获得微米级特征，并在精度和表面粗糙度方面与激光粉末床熔融技术相媲美。
采用开槽直立晶格阵列的超宽带超材料吸波体
提出了一种用于超宽带吸收（4.1-29.6 GHz，吸收率>90%）的简单垂直槽格阵列，该设计明确针对低成本制造和宽角度入射不敏感性（在75°斜入射TM波下吸收率达85%）。
基于不锈钢超材料的超灵敏折射率传感器
提出了一种结构简单、制造成本低的不锈钢太赫兹超材料吸收器，在2.937 THz处实现了99.99%的吸收率，并展示了其对甲烷的传感能力，灵敏度为22.727 THz/RIU，品质因数（FoM）为568.175 RIU⁻¹。
基于超材料的注塑成型技术，用于经济高效地生产整切肉块。
引入注塑成型超材料用于植物基整切肉类替代品，成本为每公斤9美元，而3D打印为每公斤38美元。盲测结果显示，43%的受试者更偏好这种超材料牛排，而非现有替代品。
一类用于可重构电磁系统的新型可变形剪纸超材料
开发了受剪纸艺术启发的多稳态机械超表面，用于低成本可重构电磁系统，通过机械驱动展示了具有可调谐振特性的可调偶极子天线和频率选择表面。
一种具有可调力学与压缩-扭转特性的新型力学超材料
提出了一种新型力学超材料，仅通过改变晶胞数量与组合方式即可调控正/负泊松比、弹性模量及压缩-扭转特性，旨在实现大规模生产并降低制造成本。
大型可重构超材料
综述了大规模可重构超材料的研究，指出由于制造成本，大多数研究仍停留在纳米/微米尺度，并认为多材料工程与混合制造是实现米级应用的有前景路径。
大面积无核单晶石墨烯网格超材料的制备及其锯齿形边缘特性
通过氢辅助各向异性刻蚀技术，实现了具有锯齿形边缘的单晶石墨烯网格超材料的晶圆级制备，避免了传统光刻工艺带来的污染，从而推动了大规模集成电路应用的发展。
通过一步光刻法制备具有巨大光学手性的本征手性超材料
提出了一种用于本征手性超材料的一步光刻策略，在可见光波段实现了创纪录的1.3 g因子（典型值为0.1），并将半胱氨酸对映体的手性传感灵敏度提升了三个数量级。