李佳睿

（常州大學美術(shù)與設(shè)計學院，江蘇 常州 213164）

材料的重要性不言而喻，幾乎所有生活物資必需品都是由材料組成的，材料是人類智慧文明的表現(xiàn)，是推動社會發(fā)展的動力。材料的發(fā)展歷史十分悠久，在歷史發(fā)展的過程中，不同時期人們運用材料制作物品是不同的。隨著時間的推移，人類的智慧在增長，對不同材料的特性有了初步了解。鐵器時代，人們掌握冶煉鐵的技術(shù)后，鐵制的農(nóng)具、工具在生產(chǎn)生活中廣泛使用。伴隨著時代的進步，人類對各種自然材質(zhì)的特性了解也越來越精確，同時能夠?qū)⒉煌牟牧线M行組合，產(chǎn)生的新材料比原來的更加優(yōu)越和耐用。但是由于市場的無節(jié)制需求加上自然能源的過度開采，人們將目光看向了可持續(xù)發(fā)展的材料上。近些年來，人們通過新方法、新技術(shù)、新工藝等途徑使傳統(tǒng)材料的性能顯著提升，或開發(fā)出傳統(tǒng)材料所不具備的功能，也就是新材料，極大豐富了人類的生活。而新材料的研發(fā)與運用和一個國家的經(jīng)濟水平有著莫大的關(guān)系，這也是關(guān)注新材料的意義。

1 產(chǎn)品常見材料分析及挑戰(zhàn)

在日常的產(chǎn)品設(shè)計中，需要用到多種材料，根據(jù)材料的特性，例如：堅硬程度、抗寒抗熱、耐用性等，來將其應用于不同的產(chǎn)品中。無機非金屬材料和有機高分子材料種類繁多，常見的有木材、玻璃、塑料、橡膠等。有一種材料十分特殊，它是不同材料元素組合而成，擁有眾多的特性，不僅在堅硬性和耐寒抗熱性上有卓越的表現(xiàn)，其重量也是十分輕盈，這種材料有十分廣大的發(fā)展空間，這種材料就是復合型材料。比如當前的汽車外殼設(shè)計，在材料的選擇上多采用硬度高的鋼制材料和韌性高且重量較輕的鋁制等材料，以及座椅等皮質(zhì)材料，還有車燈等其他采用了塑料材料的部件。然而在全世界都盛行綠色和環(huán)保的大環(huán)境下，新一輪的挑戰(zhàn)也接踵而來，汽車材料也避不開這種要求與責任，向著未來更綠色、更安全、更節(jié)能的方向?qū)で笸黄?。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，針對這些挑戰(zhàn)，一些高新材料，擁有更加優(yōu)越特性的材料，會在未來脫穎而出，成為最受歡迎的材料。

2 新材料的概念

在以往使用的材料當中，大多數(shù)材料都是自然材料的使用，自然材料的性能較低，所以為了適應市場的需求，人們嘗試將不同的材料結(jié)合，從而產(chǎn)生一種新的材料，這種材料的性能更加優(yōu)越，這種材料被稱為新材料。新材料是在以往材料的性能基礎(chǔ)上進行研究，通過不同材料的融合，特殊設(shè)備的加持，特殊的工藝手法，融合而成。這種材料廣受歡迎，由于其優(yōu)越的性能更能被人們所接受。

2.1 納米材料

有一種材料，它和其他材料相比有更加優(yōu)越的性能，這種材料重量十分輕盈，但是硬度強，耐熱性高，同時在各個領(lǐng)域都能提供巨大的幫助，并且它的大小是在納米尺度之內(nèi)的，這種材料就是納米材料。時代在進步，人類的生產(chǎn)技術(shù)和機械化生產(chǎn)同樣也在進步，人類社會對于不同材料的各個優(yōu)異特點也會認真挑選，對優(yōu)異材料的需求也在日益增長，納米材料作為新材料的一種，應用需求持續(xù)擴大。納米的概念可以最早追溯到1959年，由諾貝爾物理學家查理費曼所提出來的。

納米陶瓷可以定義為陶瓷體塊經(jīng)過高溫燒結(jié)后，內(nèi)部各種物相的顯微尺寸包括晶粒大小和晶粒厚度等都在納米的尺度范圍內(nèi)。傳統(tǒng)陶瓷材料具有承受溫度過熱的特性、不易被腐蝕和侵蝕、具有較高的堅硬程度和較高的強度等優(yōu)秀的特點。但傳統(tǒng)陶瓷材料卻有一個不可忽視的缺點——容易脆，這個缺點導致陶瓷材料在日常生活中一不小心就容易造成不可挽回的結(jié)果，因此在使用范圍上需要嚴格控制，以防造成不必要的損失。對納米陶瓷的期望不僅希望它能繼承傳統(tǒng)材料的種種優(yōu)秀特點，而且希望可以強化和增韌陶瓷。

2.2 智能材料

一般來說，把能感知外部環(huán)境變化的材料或者說能感知刺激點的材料叫做智能材料，而且這種材料可以進行某種判斷行為還可以同時做出合適的處理行為。這種具有智能性的材料是現(xiàn)在乃至未來很長一段時間國內(nèi)材料發(fā)展重大方向，并將支撐著國家高新發(fā)展基礎(chǔ)，實現(xiàn)我國產(chǎn)品材料功能結(jié)構(gòu)化、多樣化、智能化等。經(jīng)過對科學家的調(diào)查，大家普遍認為智能材料的研發(fā)和廣泛使用會在未來很長時間引起科學發(fā)展的重大革命。

雖然智能材料的運用將工業(yè)文明帶到一個新的水平，但在普遍應用上仍有一定的難度。

3 智能變色材料

如果世界沒了顏色，那所看見的一切都是黑白的，一切都顯得不那么生動和不那么具有生機，也正是擁有鑒賞顏色的能力，人們將顏色漸漸應用在服飾、建筑、繪畫、產(chǎn)品等等領(lǐng)域，不僅培養(yǎng)了人們鑒賞美的能力，也讓人類生活變得豐富多彩。在欣賞顏色的同時，人們也開始關(guān)注一個問題：會不會有一種材料會自動變化顏色，就像變色龍這種動物一樣？伴隨著這一系列的問題，人們開始研究智能變色材料，并把它應用在產(chǎn)品中。變色材料，顧名思義就是顏色可以發(fā)生改變的材料，不過它就像變色龍一樣，需要在激發(fā)源的刺激作用下才能發(fā)生。

3.1 光致變色材料

某種特殊的化合物在環(huán)境中接收到一定光照后會產(chǎn)生特定的化學反應，從而獲得新的產(chǎn)物，這就是科學家們所說的光致變色現(xiàn)象。這些化合物在發(fā)生反應的時候，在結(jié)構(gòu)發(fā)生某種特殊的變化然后導致自身的顏色發(fā)生變化，但是這些化合物在波長不同的光照之下，又會恢復成原來的樣子。平常所見到的玻璃是透明的，這種變色玻璃在某種可見光源的刺激之下，會產(chǎn)生某種特殊的光吸收，會使玻璃這種有機物產(chǎn)生特殊的顏色變化，并且在這種特殊波段的光照停止后玻璃又會變成透明。所以由這種變色制作的窗戶玻璃可以讓直射的陽光變得很淡甚至讓人感覺到柔和舒服。同樣的道理變色玻璃制作太陽鏡片也很合適。

3.2 熱致變色材料

有些材料在遇到不同溫度時，會因為溫度的變化從而產(chǎn)生不同的顏色變化的特性，而會因為溫度過高而發(fā)生顏色變化的材料，就叫它熱致變色材料。

3.3 智能自我修復材料

人類和動物在受傷后，人類和動物的機理可以進行自我修復。而有一種材料可以模仿受傷后能夠自我修復這一原理，在材料自己發(fā)生損傷后可以自我修復，這種智能材料稱之為自我修復材料。在自然界的許多動物都具備自我修復的能力，當這些動物受傷時，可以通過自我修復能力來繼續(xù)維持，大家最熟悉的例子：蠑螈、蜥蜴、壁虎、蚯蚓等。當大家偶感風寒，或者崴了腳，仍然可以繼續(xù)日常生活，并在不久后便可自愈?，F(xiàn)在，一些科學家也在探索著，讓一些材料實現(xiàn)這種能力。

4 新材料選用與設(shè)計方法

4.1 設(shè)計師的選擇分析

設(shè)計是什么？首先需要一個想法，而設(shè)計就是把這個想法能夠藝術(shù)化地表現(xiàn)出來，在這中間需要進行精密的規(guī)劃，考慮實施性，最后加入自己的思考。而設(shè)計師的要務(wù)是把一切美好事物表現(xiàn)得更加美好。而產(chǎn)品設(shè)計師需要考慮產(chǎn)品的性能和在加工工藝過程中材料的篩選，讓材料可以有效促進機械化生產(chǎn)。對于設(shè)計師來說需要社會經(jīng)驗的積累，在設(shè)計公司內(nèi)，需要有效的和客戶進行溝通，充分考慮他人的建議，根據(jù)自己的專業(yè)水平，判斷材料是否可用，開拓自己的思路，并能夠結(jié)合本身的現(xiàn)實情況，根據(jù)材料的特性進行挑選。對于設(shè)計師來說考慮材料對于環(huán)境的影響同樣重要，需加強對于環(huán)境保護的考慮，決不能造成或加重環(huán)境污染，要滿足可持續(xù)發(fā)展的需要。

4.2 結(jié)合實際情況選用新材料

在進行產(chǎn)品設(shè)計和加工過程中，并不能因為新材料的某些優(yōu)勢，而不考慮可行性、成本、市場和用戶的需求，強行使用新材料，不僅不能讓新材料物盡其用，反而會使市場和用戶的口碑下降，從而得不償失。所以在某些產(chǎn)品的具體設(shè)計過程之中，設(shè)計師要懂得充分了解實際生產(chǎn)的需求，保證設(shè)計師了解新型材料的實際用途，熟悉新型材料制造的產(chǎn)品功能，精準定位產(chǎn)品的市場定位，保證其銷售。由于新材料種類繁多且功能也是各有差異，設(shè)計師應能做出及時判斷與篩選，并最終合理的采用。

5 產(chǎn)品設(shè)計中新材料的應用分析

5.1 納米材料的應用

納米材料的種種優(yōu)異性具有廣闊的應用前景，隨之而來它的應用方面也不斷擴大。有不少的大眾在醉酒時可能會無意碰撞到玻璃啤酒瓶，最終導致玻璃啤酒瓶的損壞和破碎，造成人們或物品不必要的受傷和破損。在一些人們聚集的地方，容易破損的玻璃啤酒瓶會遭到人們抵制，比如運動場地，在外國經(jīng)?？梢钥匆娫谶\動比賽過程中，觀眾由于對比賽進程中可能的一些不滿，導致對場地投擲啤酒瓶。這一款玻璃酒瓶對于公共場合人群造成的危害和對設(shè)備造成的危害和潛在危害都是不可忽視的，同時為了節(jié)約生產(chǎn)的物料及人工成本，一些制酒廠商開始對納米材料的啤酒瓶產(chǎn)生濃厚興趣并且對于其功能和效用抱有極高的期待，大量相關(guān)產(chǎn)品開始研發(fā)制造，投入生產(chǎn)。米勒醇酒公司制造塑料啤酒是采用黏土納米材料制造的，作為微小加固型材料具有可保留二氧化碳的能力，以此來避免啤酒的變質(zhì)。同時，它具有不容易破損和碎裂，強度及延展性高，耐用性強等特點。目前國內(nèi)接近90%的啤酒用玻璃瓶包裝，用玻璃瓶容器包裝啤酒有以下劣勢：瓶體笨重、安全性不佳、容易破損、成本高等。由于納米材料制成的產(chǎn)品質(zhì)量輕、耐摔耐磨、硬度高、因此在安全運輸中磨損程度低、破損程度小，所以未來可用于制作或包裝啤酒瓶。

5.2 納米陶瓷的應用

在日常生活中，刀具是家庭中不可或缺的，而應用納米材料制作的刀具，其主要成分為納米材料的納米氧化鋁。如今，納米陶瓷刀的運用十分寬泛，從原來的只有航天航空高科技領(lǐng)域使用，到現(xiàn)在已經(jīng)深入普通百姓家庭，未來的趨勢就是納米陶瓷刀替代普通金屬刀，伴隨著環(huán)保這一概念，對于刀具也提出了健康環(huán)保的要求，這也是大眾所夢寐以求的生活狀態(tài)。在家庭中使用傳統(tǒng)金屬刀具時，由于傳統(tǒng)金屬刀具表面有許多細微小孔，在切割食物和料理食材時，會有湯汁或肉汁殘留在這些細孔中，并與金屬刀具中的微量元素發(fā)生反應，最終形成異味。而納米陶瓷刀可以很好解決這點，因為納米陶瓷刀的密度很高，表面無任何細孔并且是納米陶瓷研制，不會有異味，同時也減少了細菌的滋生。除此以外，納米陶瓷刀還有許多優(yōu)異的特點：①具有很堅硬的程度和耐摩擦性。②綠色健康、無任何毒害、衛(wèi)生。納米陶瓷刀不含任何重金屬，所以更加健康。③外形更加纖美輕便，納米陶瓷刀的質(zhì)量更加輕巧，即便較長時間使用，也會感到舒適自如，更加輕松順手，讓廚房更顯樂趣。

5.3 智能材料的應用

合理的材料選擇對于產(chǎn)品設(shè)計的實現(xiàn)是一種保障，可以通過產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)出設(shè)計師的設(shè)計風格和設(shè)計思想。有些材料可以通過吸收紫外線和光源來使自身發(fā)生顏色的變化，這一性能讓物質(zhì)本身固有色不會變化這一概念得到了更多的認識。為了防止陽光、紫外線輻射和確保安全，光致變色材料可應用于包裝窗的生產(chǎn)、建筑窗、汽車擋風玻璃。在服裝包裝領(lǐng)域，光致變色材料主要用于與紡織制造技術(shù)的合作。采用光致變色材料和物質(zhì)相結(jié)合的方法，分析了光致變色材料在服裝產(chǎn)品中的使用價值，和在產(chǎn)品設(shè)計中的應用。它還涵蓋了創(chuàng)新的設(shè)計理念，也適用于設(shè)計師。

6 結(jié)語

材料與設(shè)計的關(guān)系是緊密相聯(lián)的，材料是設(shè)計的基礎(chǔ)，而設(shè)計可以更好地發(fā)揮材料的用途。新材料的出現(xiàn)，讓以人為本的產(chǎn)品設(shè)計發(fā)掘出了更多的可能性與選擇性。新材料的應用可以有效改善人們的生活、工作環(huán)境，還可以很大程度上促進設(shè)計行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。還有許多正在探索著的新型復合材料與材料技術(shù)，為產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域乃至整個設(shè)計領(lǐng)域提供了廣闊的發(fā)展空間，帶來了新的活力與生命力。在對材料不斷了解后，對于已知的傳統(tǒng)材料也會進行不斷地更新，改進其缺點和弊端。設(shè)計師可以在設(shè)計中發(fā)揮更多的創(chuàng)意，成就更多可能，為設(shè)計注入新的靈魂。