第2章 材料是創(chuàng)新設(shè)計的物質(zhì)基礎(chǔ)

2.1 材料在創(chuàng)新設(shè)計中的角色

通過創(chuàng)新設(shè)計，人們利用現(xiàn)有的信息、知識與技術(shù)得到看得見、摸得著的產(chǎn)品。創(chuàng)新產(chǎn)品是一種在結(jié)構(gòu)、性能、材質(zhì)、技術(shù)等特征的某一方面或某幾方面比老產(chǎn)品有顯著的提高和改進，或有獨創(chuàng)性、先進性、實用性，能提高經(jīng)濟效益，具有推廣價值的產(chǎn)品[1]。由于創(chuàng)新產(chǎn)品具有創(chuàng)新性、優(yōu)越性、效益性和實用性，不僅能夠給人們帶來更便捷的生活、更舒適的享受、更廉價的商品，還可能顛覆人們的生產(chǎn)生活方式，開創(chuàng)嶄新的行業(yè)，乃至開辟新的時代。

不過，創(chuàng)新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能、材質(zhì)、技術(shù)等特征，大都需要物質(zhì)基礎(chǔ)的支撐才能夠得以實現(xiàn)：否則，創(chuàng)新設(shè)計就只能永遠停留在“預(yù)想”階段，無法成為真正的產(chǎn)品。這里所謂的物質(zhì)基礎(chǔ)，正是形形色色、功能各異的材料。材料是創(chuàng)新設(shè)計的物質(zhì)基礎(chǔ)，創(chuàng)新設(shè)計則將材料轉(zhuǎn)化為實際的產(chǎn)品形態(tài)，二者相互依賴，相互促進，共同發(fā)展。

《中國大百科全書》將材料定義為人類用來制造機器、構(gòu)件、器件和其他產(chǎn)品的物質(zhì)。它與能源和信息技術(shù)一起，被人們稱為現(xiàn)代文明的三大支柱[2]。從原始人用來制作石器的石頭，到古代人制作器皿的陶器，再到現(xiàn)代人制造飛機汽車的鋼鐵，材料在人類文明中一直都承擔(dān)著基礎(chǔ)性的功能。至21世紀，材料的品種已經(jīng)數(shù)不勝數(shù)。根據(jù)不同的標準，可以將材料分為若干種類：從物質(zhì)結(jié)構(gòu)方面，可以分為金屬材料、非金屬無機材料、有機材料和復(fù)合材料；從加工程度方面，可以分為天然材料、加工材料和人造材料；從應(yīng)用領(lǐng)域方面，可以分為信息材料、能源材料、生物材料等；從形態(tài)方面，可以分為顆粒材料、線狀材料、面狀材料和塊體材料。這些不同類型的材料擁有不同的外觀與質(zhì)感，更具有迥異的化學(xué)、物理乃至生物特性，正因為有了這些差異化的感官特性與功能特性，才有了千差萬別的創(chuàng)新產(chǎn)品。

在創(chuàng)新產(chǎn)品中，設(shè)計要素主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的外觀、結(jié)構(gòu)、功能等方面，這些形態(tài)與功能需要通過相應(yīng)的材料來實現(xiàn)。不同的材料能夠賦予產(chǎn)品不同的表面特征和內(nèi)在功能，同類產(chǎn)品不同材料的應(yīng)用都會產(chǎn)生不同的效果。此外，成功的產(chǎn)品設(shè)計不僅要滿足產(chǎn)品在功能和質(zhì)量上的使用要求，還需要滿足社會發(fā)展和經(jīng)濟效益的需求。由于材料資源的稀缺程度不一，以及可循環(huán)利用性不同，使用不同材料來制作產(chǎn)品會產(chǎn)生不同的社會和經(jīng)濟影響。因此，材料的經(jīng)濟特性及其生態(tài)環(huán)境效益也是影響創(chuàng)新設(shè)計的因素。材料的感知特性、功能特性和資源經(jīng)濟性，是材料作為物質(zhì)基礎(chǔ)支撐創(chuàng)新設(shè)計的三大要素。