设计美学-材料之美

设计美学

学生姓名孙鑫立

学号200910302201

指导教师许佳

学科、专业工业设计

日期2011.12.29

在设计中，充分体现材料之美的运用

学号：200910302201 姓名：孙鑫立

摘要：在现代的产品设计中，创新虽然是设计的重要砝码，但是材料的运用，又是另一种全新的视野，你可以忽视材料的效果，但是你不能不知道材料的功能，

因为产品的创新是依附在实现功能的前提下。

关键词：纳米材料，半导体材料，合金材料，塑料材料，磁性材料

在设计的过程中，除了创新之外，那重要的一部分就是材料的选用了，不同的材料会有不同的表现形式，也会有不同的质感，例如：金属强硬的质感就会给一种严肃，木材的柔软的质感给人一种复古等等。那么，在我们设计当中，要如何把材料运用的恰到好处，这就成为了我们探讨材料之美的关键。

要想把材料用的恰到好处，我们首先就要先了解各种材料的用处和功能性了。我们最熟知的材料一一纳米技术，耳熟能详。但真正对他有所了解的人还不是很多。

一、纳米技术材料

其实纳米本是一种尺度，它的基本涵义是在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创新物质。纳米科技主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学七个方面。纳米材料是纳米科技领域中最富活力、研究内涵十分丰富的科学分支。纳米材料是指由纳米颗粒构成的固体材料，其中纳米颗粒的尺寸最多不超过100纳米。纳米材料的制备与合成技术是当前主要的研究方向，因此研究纳米材料的制备对其应用起着至关重要的作用。

纳米材料的性能：纳米材料具有奇异的磁性，主要表现在不同粒径的纳米微粒具有不同的磁性能，当微粒的尺寸高于某一临界尺寸时，呈现出高的矫顽力，而低于某一尺寸时，矫顽力很小。纳米结构材料可以在较低的温度下进行有效的掺杂，可以在较低的温度下使不混溶金属形成新的合金相。扩散能力提高的另一个结果是可以使纳米结构材料的烧结温度大大降低，因此在较低温度下烧结就能达到致密化的目的。

纳米材料与普通材料相比，力学性能有显著的变化，一些材料的强度和硬度成倍地提高；纳米材料还表现出超塑性状态，即断裂前产生很大的伸长量

纳米陶瓷：首先利用纳米粉末可使陶瓷的烧结温度下降，简化生产工艺，同时，纳米陶瓷具有良好的塑性甚至能够具有超塑性，解决了普通陶瓷韧性不足的弱点，大大拓展了陶瓷的应用领域。

目前我国已经研制出一种用纳米技术制造的乳化剂，以一定比例加入汽油后，可使象桑塔纳一类的轿车降低10%左右的耗油量；纳米材料在室温条件下具有优异的储氢能力，可以不用昂贵的超低温液氢储存装置。

二、半导体材料

谈到半导体材料相信大家也不陌生，因为他不仅仅在我们的现实生活中应用的广泛，同时，它在我们生活中也起到了不可缺少的成分。在自然界的物质中、材料按导电能力大小可分为导体、半导体、和绝缘体三大类。在一般情况下，半导体电导率随温度的升高而增大，这与金属导体恰好相反。反映半导体内在基本性质的却是各种外界因素如光、热、磁、电等作用于半导体而引起的物理效应和现象，这些可统称为半导体材料的半导体性质。构成固态电子器件的基体材料绝大多数是半导体，正是这些半导体材料的各种半导体性质赋予各种不同类型半导体器件以不同的功能和特性。半导体的基本化学特征在于原子间存在饱和的共价键。典型的半导体材料具有金刚石结构。由于地球的矿藏多半是化合物，所以最早得到利用的半导体材料都是化合物,例如方铅矿很早就用于无线电检波，氧化亚铜用作固体整流器。

硒是最早发现并被利用的元素半导体，曾是固体整流器和光电池的重要材料。采用元素半导体硅（Si）以后，不仅使晶体管的类型和品种增加、性能提高，而且迎来了大规模和超大规模集成电路的时代。以砷化镓为代表的Ⅲ－Ⅴ族化合物的发现促进了微波器件和光电器件的迅速发展。

半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。Ge、Si仍是所有半导体材料中应用最广的两种材料。无机化合物半导体分二元系、三元系、四元系等。二元系包括：①Ⅳ-Ⅳ族:SiC和Ge-Si合金都具有闪锌矿的结构。

半导体在实际生活中的应用很多，也是科学元件的重要组成部分，例如晶体管、电脑主板、MP3里的电容、整流器、激光器以及各种光电探测器件、微波器件等等都是采用了半导体技术材料。

三、合金材料

要说到合金材料，就不难想到镁及镁合金。镁由于优良的物理性能和机械加工性能，丰富的蕴藏量，已经被业内公认为最有前途的轻量化材料及21世纪的绿色金属材料，未来几

十年内镁将成为需求增长最快的有色金属。

需求大，用量大，这就成为了各个行业的热门材料。1、汽车、摩托车等交通类产品用镁合金。各国对汽车的节能和尾气排放提出了越来越严格的限制，镁作为实际应用中最轻的金属结构材料，在汽车的减重和性能改善中的重要作用受到人们的重视。世界各大汽车公司已经将镁合金制造零件作为重要发展方向。2、电子及家电用镁合金，镁合金在计算机、通讯、仪器仪表、家电、医疗、轻工等行业的应用发展。其中，镁合金应用发展最快的是电子信息和仪器仪表行业。在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上电磁屏蔽、散热和环保方面的考虑，镁合金成了厂家的最佳选择。另外，镁合金外壳可使产品更豪华、美观。3、其它应用领域，镁牺牲阳极作为有效的防止金属腐蚀的方法之一，广泛应用于长距离输送的地下铁制管道和石油储罐。

紧随其后的就是我们熟知的钛及钛合金，钛及钛合金具有密度小、比强度高和耐蚀性好等优良特性。钛及钛合金日渐被人们普遍认识，广泛地应用于汽车、电子、化工、航空、航天、兵器等领域。在体育用品方面，除了在高尔夫球杆头上使用钛以外，还有短距离用跑鞋的销钉、羽毛球拍及冰杖等登山器具、滑雪滑冰用的冰刀刃、自行车架、轮椅等等。

最后是铝及铝合金，铝合金具有密度小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金。

铝合金在汽车中的应用铝及铝合金是最早用于汽车制造的轻质金属材料，也是工程材料中最经济实用、最有竞争力的汽车用轻金属材料，从生产成本、零件质量、材料利用率等方面看，具有多种优势。汽车用铝合金材料的3/4为铸造铝合金，主要是发动机部件，传动系部件，底盘行走系零部件。变形铝合金主要用于热交换器系统，车身系部件。

四、塑料材料

其实，在我们的产品设计中，大部分采用的材料是塑料，因为塑料的广泛应用，使得很多材料可以替换为塑料材料。所谓塑料，它是合成树脂中的一种，形状跟天然树脂中的松树脂相似，但因经过化学手段进行人工合成，而被称之为塑料。

塑料的特性：1大多数塑料质轻，化学性稳定，不会锈蚀；2耐冲击性好；3具有较好的透明性和耐磨耗性；4绝缘性好，导热性低；5一般成型性、着色性好，加工成本低；6大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；7尺寸稳定性差，容易变形；8多数塑料耐低温性差，低温下变脆；9容易老化；10某些塑料易溶于溶剂。塑料可区分为热固性与热可塑性二类，前者无法重新塑造使用，后者可以再重复生产。

1．聚乙烯：常用聚乙烯可分为低压聚乙烯、高压聚乙烯和线性高压聚乙烯。三者当中，高压聚乙烯有较好的热性能、电性能和机械性能，而低压聚乙烯和线性高压聚乙烯有较好的柔韧性、冲击性能、成膜性等，因此它们主要用于包装用薄膜、农用薄膜、塑料改性等，而高压聚乙烯的用途比较广泛，薄膜、管材、注射日用品等多个领域。

2．聚丙烯：相对来说，聚丙烯的品种更多，用途也比较复杂，领域繁多，品种主要有均