拓扑优化，是一种通过构造材料中原子的排列结构来改变其物理、化学性质的新技术。当前，拓扑原理已成为材料领域新的热点和前沿研究课题，引领着材料研究的新方向。它不仅能够在高温、高压、特殊辐射等极端条件下保持原材料强度和韧性，而且可以大大提升材料的导电、导热、光学、机械等性能。因此，拓扑优化材料有望在生物医学、微电子器件、能源储存、新型传感器及计算机等领域获得广泛应用。
拓扑优化的研究基于一种新的topological band theory理论。这一理论首先在最简单的电子体系如平面石墨烯中得到验证，石墨烯的优良性质也得到了充分证明。一些石墨烯基复合材料已经出现并在能源、催化、超导、储氢等领域显示出了结构合理、性能优越的特点。石墨烯的成功材料是拓扑优化的最好榜样。
除此之外，拓扑优化材料另一个亮点在于其新型的结构和性质，具有很强的可塑性。即通过设计不同形状的内部构型和不同尺寸的晶体结构，可以产生各种各样的边界态，这些态的性质根据所需应用而定，可以控制其导电性、磁性等性质。此外，因为在材料中原子的排列方式不同，对应的电子结构也不同，所以相同材料的不同结构具有不同的性质和用途。
2016年，英国和德国的科学家共同证明了一个拓扑优化材料的功能：光学调制。他们制造出了一种由铂和铁构成的复合材料，并通过拓扑优化来改变其中的原子排列。经过实验证明，这种新型材料的光学性质非常特殊。它可以改变谷物体（Grain）反射、吸收和透射的性质，实现光学图像的隐私和信息保护。这项创新性研究表明，拓扑优化材料有望在光学通信、新型光电传感等领域得到广泛应用。
