第2章 材料是创新设计的物质基础

2.1 材料在创新设计中的角色

通过创新设计，人们利用现有的信息、知识与技术得到看得见、摸得着的产品。创新产品是一种在结构、性能、材质、技术等特征的某一方面或某几方面比老产品有显著的提高和改进，或有独创性、先进性、实用性，能提高经济效益，具有推广价值的产品[1]。由于创新产品具有创新性、优越性、效益性和实用性，不仅能够给人们带来更便捷的生活、更舒适的享受、更廉价的商品，还可能颠覆人们的生产生活方式，开创崭新的行业，乃至开辟新的时代。

不过，创新产品的结构、性能、材质、技术等特征，大都需要物质基础的支撑才能够得以实现：否则，创新设计就只能永远停留在“预想”阶段，无法成为真正的产品。这里所谓的物质基础，正是形形色色、功能各异的材料。材料是创新设计的物质基础，创新设计则将材料转化为实际的产品形态，二者相互依赖，相互促进，共同发展。

《中国大百科全书》将材料定义为人类用来制造机器、构件、器件和其他产品的物质。它与能源和信息技术一起，被人们称为现代文明的三大支柱[2]。从原始人用来制作石器的石头，到古代人制作器皿的陶器，再到现代人制造飞机汽车的钢铁，材料在人类文明中一直都承担着基础性的功能。至21世纪，材料的品种已经数不胜数。根据不同的标准，可以将材料分为若干种类：从物质结构方面，可以分为金属材料、非金属无机材料、有机材料和复合材料；从加工程度方面，可以分为天然材料、加工材料和人造材料；从应用领域方面，可以分为信息材料、能源材料、生物材料等；从形态方面，可以分为颗粒材料、线状材料、面状材料和块体材料。这些不同类型的材料拥有不同的外观与质感，更具有迥异的化学、物理乃至生物特性，正因为有了这些差异化的感官特性与功能特性，才有了千差万别的创新产品。

在创新产品中，设计要素主要体现在产品的外观、结构、功能等方面，这些形态与功能需要通过相应的材料来实现。不同的材料能够赋予产品不同的表面特征和内在功能，同类产品不同材料的应用都会产生不同的效果。此外，成功的产品设计不仅要满足产品在功能和质量上的使用要求，还需要满足社会发展和经济效益的需求。由于材料资源的稀缺程度不一，以及可循环利用性不同，使用不同材料来制作产品会产生不同的社会和经济影响。因此，材料的经济特性及其生态环境效益也是影响创新设计的因素。材料的感知特性、功能特性和资源经济性，是材料作为物质基础支撑创新设计的三大要素。