Metamaterialien sind Werkstoffe, deren physikalische Eigenschaften primär durch ihre strukturierte Geometrie und nicht durch die Materialzusammensetzung bestimmt werden. Diese Materialien zeichnen sich durch außergewöhnliche Eigenschaften aus, die in natürlichen Materialien nicht vorkommen. Durch ihre speziell gestalteten Strukturen können sie auf einzigartiger Weise mit Wellen wie Licht, Schall oder elastischen Wellen interagieren.

Eine der bemerkenswertesten Anwendungen von Metamaterialien ist die Manipulation von elektromagnetischen Wellen, einschließlich Licht. Durch das Design ihrer Mikroskopischen Struktur können Metamaterialien negative Brechungsindizes aufweisen, was zu Anwendungen wie der Entwicklung von 'Superlinsen' führt, die die Auflösungsgrenzen herkömmlicher Linsen überschreiten.

Ein verwandter Begriff, die Mechanischen Metamaterialien, beziehen sich auf Materialien, die ungewöhnliche mechanische Eigenschaften besitzen, wie zum Beispiel negative Poisson-Zahlen, die dazu führen, dass das Material seitlich schrumpft, wenn es gestreckt wird. Solche Materialien können für Stoßdämpfer oder flexible mechanische Elemente eingesetzt werden.

Polymerische additiv hergestellte Metamaterialien verwenden 3D-Drucktechniken, um maßgeschneiderte Strukturen zu schaffen, die spezielle Eigenschaften und Funktionalitäten aufweisen. Diese Metamaterialien ermöglichen eine hohe Gestaltungsfreiheit und die Herstellung komplexer Geometrien, die mit traditionellen Fertigungsmethoden nicht erreichbar sind.

Zellulare Metamaterialien bestehen aus repetitiven Einheiten, die weiche und flexible Strukturen bilden. Diese Materialien sind in der Lage, sich an verschiedene mechanische Belastungen anzupassen und werden oft in der Robotik, Medizin und tragbarer Elektronik verwendet.

Insgesamt eröffnen Metamaterialien neue Möglichkeiten in vielen technologischen und wissenschaftlichen Bereichen, indem sie Eigenschaften und Anwendungen schaffen, die in traditionellen Materialien nicht vorhanden sind.