现代艺术设计材料的运用

（一）艺术设计与材料运用

艺术设计离不开材料，材料就是艺术设计的物质基础，离开了它，艺术设计就只能是“纸上谈兵”。一部设计史，同时也是一部材料史。正如材料学专家莫里斯·科恩所说：“我们周围到处都是材料，它们不仅存在于我们的现实生活中，而且也扎根于我们的文化和思想领域。事实上，材料与人类的出现和进化有着密切的联系，因而它们的名字已作为人类文明的标志，如石器时代、青铜时代和铁器时代。天然材料和人造材料已成为我们生活中不可分割的组成部分，以至于我们常常认为它们的存在是理所当然的。材料已经与食物、居住空间、能源和信息并列一起组成人类的基本资源。”人类的艺术设计及其造物活动正是从选择材料和利用材料开始的。

材料与艺术设计形态（造型与结构、色彩、装饰等）的关系，体现在材料对艺术设计形态的影响和作用上。

1.材料与造型设计

设计师在进行造型设计、结构设计时，必须首先了解材料的基本特性，如在家具设计领域，制作一把椅子，如果是木材，其造型多为直线，如果是钢管、竹材、藤条之类的材料，其造型可以表现为较多的曲线。古代取暖用的铜手炉与现代电热取暖器、纸扇与电扇，它们的造型与结构迥然不同，相差很大，原因就在于所使用的材料不同。正如英国美学家鲍桑葵在他的著作《美学史》中所说：“有些艺术的差别是由于使用陶土、玻璃、木头、金属和石头等材料自然而然产生的，并且还对想象和设计产生了影响。”他还说：“为什么一般说来一个泥塑匠和一个铁匠刻制出的装饰图案会有所不同呢？原因就在于使用的材料有所不同而已。”

借助于材料来表现形式是视觉艺术中一个必要的生成过程。材料的加工成型特点也影响物品的造型设计、结构设计。如瓷土，可以烧成立体的、精美的瓷器，也可烧成近乎平面的瓷砖，但它很少会去“烧”成服装；钢管可以是制作家具的结构材料，但不适于作为编织材料。这是由于不同的材料有不同的加工性能和成型方法。如金属材料具有熔铸性、可锻性、切削加工性和可焊性，经加热熔化后，可浇注成各种铸件，用锤锻、轧压、拉拔等加工工艺可改变其形状，用车、钻、镗、磨、铣、刨等切削工具可进行精加工，也可用加热、加压等方法把工件连接起来；木材具有易锯、易刨、易打孔、易组合等加工成型特点；塑料材料的最大特性是可塑性强，在一定温度下可以采用注塑、挤塑、模塑、吹塑、浇铸、缠绕、烧结、真空成型等方法，进行塑料制品的造型设计，还可以经过机械加工、热成型、接合、表面装饰等工艺进行二次加工。^[2]

我国古代艺人利用硬脆的象牙材料进行雕刻制成牙雕工艺品，还能够把象牙劈成片状和丝状来编织象牙席；人们利用黄金具有很好的延展性的特点制成极薄的金箔，研磨成金粉用于鎏金，制成金丝用于纺织，成为织锦；螺钿工艺中对螺钿的软化处理，可创造出华丽而典雅的工艺品。

任何一种材料，必然有其材料本身特别的质感；质地不同，也必将造成形态（造型与结构）上的多样性。同是茶杯，用陶瓷、玻璃、金属、塑料、木材等制成，其形态不可能整齐划一。

2.材料与色彩设计

材料和艺术设计形态中的色彩关系非常直接。艺术设计形态中的色彩表现，主要有两种方法：一是利用和发挥材料本身的色感，二是运用其他方法，如染色、刷漆、喷漆、电镀等。产品或环境的色彩设计，就是要巧妙地利用材料的自然色彩，根据实用与审美的原则去选择人工色彩，与设计对象的功能相吻合，满足人机协调的要求以及适应人的审美心理等。如消防用品的设计，其材料几乎都涂上红色，这是消防用品的功能决定的；电扇、空调等的色彩表现为冷色；医疗器材与卫生设备，一般采用乳白色作为基本色调；电冰箱、厨房用品、卫生用具等，也以白色作为基本色。这些用品的人工色彩（或称之为设计色彩）都是从实用功能出发的。

3.材料与装饰效果

材料对艺术设计的装饰来说也有两点：一点是利用材料本身的色泽纹理，如木材的纹理、大理石的色泽花纹，可以作为家具设计与室内设计的理想材料。历史上的明式家具就是采用各种硬木，它具有天然而美妙的纹理，一般不用漆饰。所有玉器几乎不加涂饰以呈现自然的色泽、质感，使人充分感受玉材的自然之美。

还有一点是利用一定的加工工艺和加工技术，使材料更能发挥其装饰的本性。如木工艺中的雕花、刻花、组合、拼接；金属工艺中的錾花、镶嵌、金银错、鎏金银等；陶瓷工艺中的堆花、印花、贴花、剔花、刻花、划花、绣花、画花、镂空等；漆工艺中的锥画、彩绘、金银平脱、剔红、百宝嵌等；染织工艺中的刺绣、挑花、补花、抽纱、印花、扎染、缂丝等，这些方法的使用是由不同材料的特性所要求的。

如上所述，形态构成之于设计是最为基本的形式语言。然而，设计形态的种种特征，又是离不开材料质感的。就材料的自然属性、视觉特征、加工工艺和新材料或材料的新用途与形态的关系来看，它们在设计中起到的作用非常之大。因而在设计过程中选择材料时，十分讲究对材料各种特性的充分了解和把握，综合考虑、灵活运用，这样才能选择合适的材料，从而最大限度地发挥材料的性能，设计出更加完美的形态。早在1919年成立的包豪斯，就十分重视材料及其质感的研究和实际加工训练。该院的教师伊顿曾经写道：“当学生们陆续发现可以利用各种材料时，他们就能创造出更具有独特材质感的作品。”这表明在设计过程中，除了少数材料所固定的特征以外，大部分的材料都可以通过表面处理的方式，来改变产品表面的色彩、光泽、肌理等，直接提高产品的审美功能，从而增加产品的附加值。

（二）产品设计中的材料选择与运用

1.产品设计中材料的选择

（1）金属类材料

金属材料是现代工业的支柱，它的工艺性能优异，能够完美地实现产品的多种造型方式和视觉效果，被广泛地运用于产品设计中。在产品设计的过程中，金属材料主要是以合金的形式出现，各种不同的金属材料的不同性能可以满足不同产品的特殊性能要求。如今，金属材料的加工工艺日臻完善，这对产品设计同样产生了重要的影响。

对于金属材料的选择使用，主要是需要考虑材料的力学性能和物理性能。其中力学性能主要包括材料的硬度、韧性、抗剪强度、应变、弹性、塑性、抗拉强度、屈服强度、伸长率等。金属材料的物理性能属于材料的固有属性，通常不易改变，但可以通过对金属材料的加工处理（如热处理）使它的力学性能发生变化。

在产品设计中，也正是利用金属的这一特点来达到设计的某些特殊要求，金属一般被分为黑色金属钢铁和除钢铁之外的有色金属。其中有色金属的力学性能和物理性能的范围都比较宽，例如铝、铜、镁、锌合金等就是在工业产品设计中比较常用的有色金属。

金属材料的成型方法一般都是根据它所处的状态来决定的，通常情况下分为以下几种方法：①液体状态成型方法。液体状态的金属是采用铸造的成型工艺，把受热熔化的金属浇注铸型之中得到的工件，这种成型工艺效率相对较高，可以对复杂的零件进行铸造，但是它对高精度的控制就会显得比较困难。②塑形状态成型方法。这种成型工艺可以有效地提高产品零件的强度，改善材料原有的力学性能。例如棒料和预成型的零件被加热到接近熔点温度时，它就会处于塑形变形状态，然后通过锻打成型。③固体状态成型方法。这种成型方法通常限于板材、棒材、管材等材料，一般在常温下进行。目前，随着计算机辅助制造技术的发展，这一类成型工艺的时间和成本都已经大幅度地降低，应用也越发广泛。

产品设计中外观的形成，一方面得益于形态设计与整体成型工艺，另一方面则依赖后期的表面加工处理和涂饰。一般金属材料的外观处理，主要包括表面精加工处理、表层改质处理和表面被覆处理三种形式。

第一，表面精加工处理。产品的表面纹理在产品设计中起着重要作用，它既可以改善外在视觉效果，又可以提高使用中的功能性。例如一些把手的纹理设计，这类产品设计可以形成层次丰富的产品视觉效果，改善持握的手感，还可以弱化和掩盖在加工制造和使用中造成的划伤、瑕疵。

金属表面精加工方法较多，较常用的方法主要有机械方法和化学方法等。这里主要介绍以下三种方法：①切削和研削的方法，这是利用刀具或砂轮对金属表面进行加工的工艺，可以得到高精度的装饰性表面效果。②研磨的方法，这是运用砂纸、金刚砂布、皮革织物、金属丝修整平面或圆柱表面，以达到把金属表面加工成平滑面效果的一种精细工艺，运用这种方法可以得到光面、镜面、梨皮面的效果。③表面蚀刻的方法，这是一种使用化学酸进行腐蚀而使金属表面得到斑驳、沧桑的装饰效果的加工工艺，它主要是利用耐药薄膜覆盖整个金属表面，然后用机械或者化学方法除去需要下凹部分的保护膜，使这部分金属裸露并浸入药液中，溶解而形成凹陷，并获得纹样，最后用其他药液去除保护膜，完成表面处理工作。

第二，表面层改质处理。金属表面层改质处理方法主要通过化学或者电化学的方法，把金属的表面转变成金属氧化物或者无机盐覆盖的过程。表层改质的处理可以改变金属表面的色彩、肌理和硬度，提高产品的耐蚀性、耐磨性和着色性，获得独特的视觉效果和表面质量。

第三，表面被覆处理。金属材料的表面被覆处理方式主要是指通过在金属材料的表面覆盖一层皮膜，从而改变材料表面的物理化学性质，赋予金属材料新的表面肌理、色彩、质地等视觉效果。

金属的表面被覆处理主要有以下几种形式：①镀层被覆处理，它是利用各种工艺方法在金属材料的表面覆盖一层其他金属材料的薄膜，进而改变和提高产品的耐蚀性和耐磨性，同时还可以有效地调整产品表面的色泽、光洁程度和肌理特征，提高产品的档次。②涂层被覆处理，它是通过在金属材料的表面覆盖以有机物为主体的涂料层的加工工艺，有时也被称作金属的表面涂装，这种金属处理方式主要是为了对产品起到保护、装饰、隔热、防辐射、杀菌等特殊作用。③搪瓷，即用玻璃材质覆盖金属表面，然后在高温下烧制，这样可以使金属材料的表面更加坚硬，有效地提高产品的耐蚀性和耐磨性，同时这种处理方式可以使产品具有宝石般的光泽和艳丽的色彩，装饰性较强。

（2）塑料类材料

塑料是一种树脂或者聚合物。在设计一个工件或者产品的时候，为了满足预期的效果，需要采用树脂这种具有特定化学和物理特性的材料。

塑料的种类较多，按照用途可以将其分为通用塑料和工程塑料，按照加热时的性能表现又可以将其分为热固性塑料和热塑性塑料。与其他的材料相比，塑料具有易成型、强度高、质量轻、性能稳定、多种加工形式、适合批量生产的特点，因此，这种材料备受设计师的青睐。例如高尔夫球的表皮就是使用抗高压抗切割的聚乙烯材料，在经过加工制作的最后，再对球体的结合处进行切割和打磨，并涂上油漆，就可以形成精致的效果。

产品设计选择一般取决于塑料的类型、特征、起始状态和制造品的结构、尺寸、形状。根据加工制造时塑料聚合物的物理状态不同，可以将塑料的成型方法归纳为以下三点：处于玻璃状态的塑料，可以采用车、铣、钻、刨等机械加工方式；当塑料处于高弹状态时，可以采用热压、弯曲、拉伸、真空等加工方式；当塑料处于加热到黏流状态时，可以采用注射、挤出、吹塑等加工方式。

塑料在经过相应的表面处理之后，可以产生丰富多彩的变化，甚至能够模仿其他材质，从而减少不必要的自然材料浪费，为产品带来高质量的附加值和环保意义。塑料的表面处理主要分为表面机械加工处理、表面镀覆处理和表面装饰处理三种形式。

塑料表面的机械加工处理主要有磨砂和抛光两种方式，它们是塑料制品加工中比较常见的表面处理技术，可以使产品达到平滑、光亮、美观的效果。例如法国奥利维尔·佩里科特设计的鸡尾酒可置物帘子，是采用高频机将磨砂的聚氯乙烯片热封到整张帘子上，形成许多正方形的口袋，可以用来放置各种平的、薄的东西，如明信片、信签等，经过磨砂后的塑料具有朦胧感，同时整张帘子还可以用来分割空间，这个帘子有多重功用。

塑料的表面镀覆处理主要有三种形式，即热喷涂、电镀、离子镀。具体来说：①热喷涂。热喷涂是一种采用专用设备把某种固化材料加热熔化，用高速气流将其吹成微小颗粒后加速喷射在产品的基件表面形成的特制覆盖层的处理技术，它使基件耐蚀、耐磨、耐高温。②电镀。电镀是一种运用电化学原理在产品塑料壳体表面获得金属沉积层的金属复层工艺技术。通过这样的处理，可以有效地改变塑料材料的原始外观和塑料的表面特征，使塑料具有耐蚀、耐磨的特点，并且具有装饰性和电、磁、光学性能。③离子镀。离子镀是在真空条件下，利用气体放电使气体或者是被蒸发物质部分离化，在气体离子或被蒸发物质离子发生轰击作用下，同时将蒸发物或其反应物沉积在基片上的方法。这样的处理可以有效地延长塑料产品的使用寿命，赋予被镀材料特殊的光泽和色彩。

塑料材质的表面装饰处理主要有涂饰、丝网印刷、贴膜、热烫印等方式。

第一，涂饰。涂饰处理是把涂料涂覆到产品或者是物体的表面，并通过产生物理或化学的变化，使涂料的被覆层转变为具有一定附着力和机械强度的涂膜，这样的处理方式可以使塑料表面着色，并且获得不同的肌理样式，具有耐蚀性，同时可以防止塑料的老化。像排球、篮球、足球等均是运用涂饰处理过的产品。

第二，丝网印刷。塑料的丝网印刷处理方式又称为丝印处理方式，是塑料制品的二次加工中的一种常用方式，它可以有效地改善塑料制品的外观装饰效果。产品表面的丝印可以根据表面形态的不同，分为用于片材和平面体的平面丝印、用于异形制品的间接丝印和用于可展开成平面的曲面丝印。

第三，贴膜。所谓贴膜是将印有花纹和图案的塑料薄膜紧贴在模具上，在加工塑料产品时，依靠其熔融的原料的热量将薄膜融合在产品上的方法。贴膜常用于装饰产品外观或者是传达产品信息。

第四，热烫印。热烫印是利用压力和热量将压膜上的黏结剂熔化，同时将已经镀到压膜上的金属膜转印到塑料件上的方法。其效果与贴膜相同，可以美化产品外观，传达产品信息。

（3）木材类材料

木材类产品设计的加工工艺，根据制造产品的要求和原材料特点等方面的不同，具有较大范围的选择空间。木材类产品设计主要的加工方法有锯割、刨削、凿削和铣削等基本构件形态加工环节。木制产品构件加工完成后，还要按照设计好的结构方式将其组装到一起，并完成表面处理，形成最终的木制产品。

木制材料有着良好的加工性能，并且易于造型，同时因为木材本身所具有的美丽的纹理色彩和清新的气味，所以在人性化设计、情感化设计日益受到人们重视的今天，木材的这些特点得到了充分的发挥，应用范围甚至扩展到高科技产品领域，木制产品设计也越来越受到人们的喜爱。

木材属于传统的设计材料，自古就被用来制作家具和生活器具。同时因为它是一种天然的材料，所以也是最富有人情味的材料。虽然天然的纹理和色泽具有很高的美学价值，但木材也有一些无法避免的缺点，例如木材有节疤、裂纹、易污等，这些瑕疵会严重影响木材的使用效果。所以，为了达到好的效果，需要对木材进行表面处理来达到满意的设计效果。木材表面处理的方式有表面基本加工处理和表面被覆处理两种类型。

由于木材本身所具有的特点，基本的加工处理可以使其表面变得平滑、光亮、美观，并且易于后续产品的加工制作。一般木材的表面基本加工处理方式有砂磨、脱色、填孔、染色等。其中砂磨有机械砂磨和手工砂磨两种常用手段，它是运用木砂纸顺着木材表面纹理方向来回研磨的工艺技术，可以有效地去除材料表面上的木刺，使木材变得平滑；脱色是运用具有氧化和还原作用的化学药剂对木材进行漂白处理，可以使木材的表面色泽获得基本的统一；填孔是将填孔料嵌填于木材表面的裂缝、钉眼、虫眼等位置，使木材表面变得平整；对木材的染色处理是为了使其获得纹理优美、颜色均匀的木质表面，并且一般木制产品都需要染色这一处理方式。对木材经过基本的加工处理之后，产品最终呈现的设计效果会更具视觉感染力。

木材的表面被覆处理是通过涂饰、覆贴、化学镀等手段对材料进行物理上的处理，这种处理可以有效地改变木材表面的物理化学性质，赋予木质材料新的表面肌理。其中木制产品的涂饰也被称为木材制品的涂装或者是油漆，这种方式可以使涂料的潜在功能转变为实际作用，使木制产品得到预期的保护、装饰效果和某些特殊的功能；覆贴工艺技术可以有效地增加木制产品的外观装饰效果，满足消费者的特殊使用要求和审美要求，一般会用膜、人造革、木纹纸、薄木皮等覆贴材料进行被覆处理；化学镀主要是指木材的镀铜或镀金，这样的被覆处理不仅可以使木材具备电磁屏蔽的性能，还能有效地显示出木制产品华丽的装饰性，增加木制产品的附加值。木制产品经过表面被覆处理之后，既增加了产品的颜色质感，又提升了木材的表面硬度，还可以通过不同的涂饰来表现不同的审美风格。

（4）陶瓷类材料

陶瓷是人类最早使用的人工材料，也是现今社会中最重要的无机非金属材料之一。目前，随着科技的发展，陶瓷的定义早已冲破了陶瓷容器、陶瓷地砖这些传统的陶瓷范围，而是被广泛地应用于高科技行业。新一代的陶瓷是以通过高纯、超细的人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制的先进工艺烧制而成，与传统的陶瓷相比结构更为精细，性能也更加优异。

陶瓷一般硬度和强度都比较高，它具有良好的隔热效果和电绝缘性能，比一般的金属和高分子材料更具耐热性和耐蚀性，这种材料在许多产品领域都具有其独特的优势。

陶瓷制品的生产工艺多种多样，流程也相对比较复杂，各种产品的生产工艺不尽相同。一般陶瓷制品的主要工序有原料的配制、坯料的成型，还有窑炉烧结。

一般陶瓷制品的主要工序分三步。首先，陶瓷生产的最基本原料为石英、长石、黏土和一些其他矿物质，这些原料经过加工配制后才能进一步使用；其次，坯料成型可以根据不同情况采取各种不同的成型工艺，一般传统陶瓷的成型工艺是把具有可塑性的坯料用手工或者用相关的设备完成，先进的陶瓷成型工艺则是借助于现代技术，采用更为精确高效的手段进行加工成型，有效地提高了陶瓷产品的可靠性；最后，窑炉烧结是坯体瓷化的重要过程，是陶瓷制品最重要的工序，只有当坯体在高温下发生一系列的物理化学变化，原来的生坯达到完全致密的瓷化状态时，才能生产出具有一定性能的陶瓷制品。

对陶瓷的表面处理大多依赖陶瓷坯体的施釉和加工装饰，主要有机械加工和酸性腐蚀两种方式。其中陶瓷坯体的装饰和施釉，可以有效地增加坯体的强度，增加陶瓷表面的平滑性，使陶瓷易于清理，同时具有极好的装饰效果，可以增加陶瓷的美观，增强其抗化学腐蚀性。对陶瓷成品的表面处理可以改变陶瓷制品的表面物理属性，如陶瓷的光洁程度，同时对成品的表面处理还可以形成新的造型元素，如陶瓷上的浮雕图案等。(www.xing528.com)

下面具体介绍陶瓷的表面处理和陶瓷成品的表面处理。

第一，施釉。施釉是陶瓷制品中最常见的一种工艺技术，是在成型的陶瓷坯体表面施以釉浆，在陶瓷表面形成如玻璃质般的镀层。釉层可以增加坯体的强度，有效地防止陶瓷制品的多孔性和内装液体的渗透，同时釉的色彩和透明效果具有很好的装饰性，可以增加陶瓷的美观视觉效果。

第二，机械加工。陶瓷坯体的机械加工是根据不同需要的坯体进行装饰加工，它的主要加工技法有化妆涂、划刻、贴花、剔花、镂空、彩绘、浮雕、装饰等，这样的处理方式可以使陶瓷制品更具优雅的造型和丰富的美感，再加上坯体本身的半透明效果，给人以高雅的艺术气质感觉。

第一，机械加工。陶瓷成品的机械加工主要有研磨、切割、抛光、磨削等方法。例如荷兰陆瓦尔登市一家博物馆设计的陶瓷刺绣，这种新型的装饰方法将坚硬和柔软有机地结合在一起，形成了独特的视觉效果。

第二，化学腐蚀。陶瓷成品的化学腐蚀性处理是指把图案转印到瓷器的表面，然后再把瓷器浸在酸性溶液中，没有被图案遮盖的地方会受到腐蚀，最后形成凹凸痕迹。

第三，镀膜喷绘。镀膜喷绘的效果处理是指在氧化铝或氮化物陶瓷上进行厚膜金属化处理，这样的处理方式需要将导电线路、电阻器和电容放在陶瓷基片上形成电路，并且这样形成的电路板会比常规电路板更耐高温，力学性能也更好。

（5）玻璃类材料

玻璃是一种透明性良好的物质，它具有一定的光学常数及光谱特性等一系列重要的光学性质。除此之外，玻璃的隔热性能和耐蚀性能也较好。玻璃由于具备这些特性，以及易于生产加工和成本低廉，目前已经被广泛地应用于各个领域。例如日常使用的灯泡、杯子，通信技术中运用的光纤，科研领域的各种仪器仪表，人们佩戴的饰品等，玻璃产品几乎无处不在。

玻璃制品的表面状态对玻璃的性能有很大的影响，利用玻璃表面处理技术对玻璃的性能进行改善，可以有效地提高产品的附加价值。

对玻璃表面的机械加工主要可以运用切割、钻孔、研磨、抛光、刻花、沙雕等手段，改变玻璃制品的表面物理性能和结构功能，以满足不同的需求。

（6）化学处理

玻璃制品能够被酸腐蚀从而形成磨砂效果，进一步的酸性腐蚀还可以形成蚀刻花纹，成功地实现特殊的表面效果形式。

玻璃的表面被覆处理最直接的方式就是玻璃画，这样的效果比完全透明的玻璃更具装饰性。除此之外，还可以运用各种物理、化学的镀膜方法制造出不同特点的玻璃制品。如镀银、镀铝、镀硅的镜面玻璃，热反射镀膜玻璃，低辐射镀膜玻璃等。玻璃制品采用不同的表面被覆处理方式可以产生不同的视觉效果。

2.产品设计中新材料的运用

随着数字时代的降临，新兴的科学门类进一步增多，有机化学、无机化学、金属学、机械学、生物遗传工程学、仿生学等学科得到了极大的重视和发展。材料科学也随着建筑学、冶金学、高分子化学等学科的发展而日新月异，成为人类发明创造新产品及建设新环境的基本学科。材料是社会进步和人类文明的物质基础和先导，进入新世纪后，新型材料和信息技术、生物技术已经并列成为新科技革命的重要标志。新型材料及其加工技术对人类的生活水平、国家安全、经济实力等方面都起到了关键性的作用。

（1）纳米材料

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由其作为基本单元构成的材料，在这个范围内物质的性质会发生改变，而拥有一种新的、特殊的性能。由于纳米材料的尺度已经接近电子的长度，性质也就发生了很大的变化。并且纳米材料的尺度已接近光的波长，加上它具有大表面的特殊效应，所以它所表现的特性，像熔点、磁性、光学、导热、导电等，都不同于该物质在整体状态时所表现出的性质。

从20世纪人们开始关注、研究纳米材料以来，已经先后研发了纳米磁性材料、纳米陶瓷、纳米半导体、纳米催化材料等，其在产品设计上的应用也越来越广泛。

（2）人工智能材料

智能材料是一种可以感知外部刺激，能够判断并可以适当处理且本身可执行的新型功能材料。它是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第五代设计材料，属于现代高科技新材料发展的重要方向之一。科学家们甚至预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学的重大革命。

在产品设计方面，智能材料主要表现为四个方面：情趣的智能、处理的智能、适应的智能、交流的智能。智能材料具有七大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、相应功能、自动诊断功能、自动修复功能和自动适应功能。例如，我们熟悉的变色太阳镜中就含有智能材料，这种材料可以感知周围的光线强弱，进行自动调节。

（3）光（热）致变色材料

变色材料一般是指在外界条件作用下可以发生颜色变化的材料，按照所受的刺激方式可分为电致变色材料、光致变色材料、压致变色材料、热致变色材料和溶剂致变色材料等。其实严格来讲，光（热）致变色材料也是属于智能材料的一种。

光致变色简单地说就是光诱导的可逆的颜色改变。它对我们来说并不陌生，例如太阳镜就是一个很典型的由光致变色材料制成的产品。这种材料在日光或者其他光源照射下，会很快由无色或浅色变成红色、绿色、蓝色、紫色等各种颜色，停止光照或加热又会恢复到原来的无色状态，是可逆的变色过程。这种在光的作用下能够发生可逆颜色变化的材料，就称为光致变色材料。

如今，有机光致变色材料是近年来国际上刚出现的一类新型功能材料，它不仅已在高科技领域得到应用，而且在民用行业也崭露头角；国外已有少量用于服装、塑料等产品，引起了各国企业家的关注和重视。随着有机光致变色材料应用范围的逐步扩大，将形成一个新的产业群，如信息产业、服装业、塑料制品业、装饰材料业、旅游用品、油漆、油墨、印染业、军事隐蔽材料业等，这将会带来极大的经济和社会效益。

目前，变色材料的应用十分广泛，例如军事领域的光信息存储材料、光致变色伪装材料、强闪光防护、宇宙射线的防护、辐射计量计等方面，光致变色纺织品、光致变色镀膜玻璃或夹层玻璃、墙体涂料、建筑物标示等，都离不开变色材料。

（4）电磁屏蔽材料

铁磁材料和金属良导体材料都是常用的屏蔽材料。铁磁材料适用于低频磁场的屏蔽，它的作用原理是利用铁磁材料高磁导率引导磁力线通过高穿透材料并在附近空间降低磁通密度而达到磁屏蔽的目的，常用的铁磁材料有纯铁、硅钢、坡、莫合金（铁镍合金）等。

（5）表面敷层薄膜屏蔽材料

表面敷层薄膜屏蔽材料是使塑料等绝缘体表面附着一层导电层来达到屏蔽的目的，是一种通过反射损耗为主的屏蔽材料。这类表层导电薄膜屏蔽材料普遍具有导电性能好、屏蔽效果明显等优点，其缺点是表层导电薄膜附着力不强，容易产生剥离，二次加工性能较差。常用的制备方法包括化学镀金、真空喷镀、溅射、金属熔射以及贴金属箔等。

（6）填充复合型屏蔽材料

填充复合型屏蔽材料是采用导电填料与塑料等成型材料填充复合而成的。导电填料一般选用导电性能优良的纤维状、网状、树枝状或片状材料，这类材料常用的有金属纤维、碳纤维、镀金属纤维、超细炭黑、云母片、金属片、金属合金粉等。

以碳纤维为例，碳纤维是由与钻石同等材质的碳制成的，属于一种比铝和铁还要硬的新型材料，它是铁的比重的四分之一，强度比铁大。所以，碳纤维具有优越的抗张强度和抗拉特性，同时它在化学组成上非常稳定，具有高抗腐蚀性，碳纤维还包括高强度的射线穿透性和较强的抗化学、抗热、抗低温能力。碳纤维的这些特征意味着它可以被运用于很多产品设计领域，如高尔夫球棒、鱼竿、飞机元件等。如今它已经被广泛地应用于医疗设备、压力容器、土木工程、建筑材料、能源以及其他新的工业领域中。例如碳纤维在汽车工业的设计中需求量不断增长，用碳纤维制成的汽车弹簧，碳纤维增强塑料制成的车身，重量轻、刚性好、经久耐用，由此也必将随之出现新的汽车造型风格。现在甚至有可以借助于声、光、热、电、磁等敏感反应的、能够对信息和能量进行获取、传送、转换、存储和处理等具有特殊功能的无机非金属材料，正日益受到重视而得以发展。

（7）导电涂料类屏蔽材料

导电涂料是一种功能性涂料。目前的导电涂料主要是掺和型导电涂料，它一般会以各种合成树脂为成膜剂，以具有良好导电性能的金属微粉或非金属微粒为导电填料，经混合分散后，制成可施工的涂料，喷涂或刷涂于产品表面，在一定条件下固化成膜。

其他一些屏蔽材料目前也在研究之中，例如发泡金属屏蔽材料，它是由金属骨架和连通的空洞组成的多孔材料，主要使用的发泡金属有金属镍、镍铜和铝等，其原理是电磁波在空洞中发生多次反射和吸收损耗，从而达到屏蔽的目的。还有纳米屏蔽材料，借助于纳米材料特殊的表面效应和体积效应，与其他材料复合也可望获得新型的屏蔽材料。

（8）电子纸材料

电子纸又称数码纸、类纸显示器，它的内部装有芯片线路的显示屏，类似一种（集成电路）芯的结构。电子纸是一种在保持纸张优点（像纸一样薄、像印刷品一样可阅读等）的同时可存储或者消除电子信息的显示系统。电子纸完全打破了原有植物纤维纸的结构，又具有与传统纸张相似的特点。电子纸显示技术是具有与纸张一样轻薄，又可擦写的电子显示技术，具有双稳态特点，图像保持时并不耗电，能大大节省能源。电子纸采用的基本材料主要是聚酯类化合物，纸面上印有硅胶电路，以便能够控制表面电荷的变化。电子纸具有多层性、细微化和精密性等特征，所采用的材料除了多种塑料外，还有特种玻璃材料、金属材料等。

（9）轻金属材料

所谓快速凝固新型铝合金是指在快速凝固条件下，材料的组织特征发生许多变化，由于快速凝固铝合金微观组织的改善，铝合金的强韧性、耐磨性、耐腐蚀性等得到显著提高，从而更好地满足了实际生产的需要。目前，随着快速凝固技术的不断发展与完善，国内外已成功利用该技术制备出耐热铝合金、耐磨铝硅合金、高强度铝合金及低密度铝锂合金等系列典型的高性能铝合金材料。其中耐磨铝硅合金具有优异耐磨性、低热膨胀系数及优良铸造和焊接性能，属于国内外应用非常广泛的内燃机活塞合金。

由于采用快速凝固技术可明显提高铝合金的比强度、弹性模量、热稳定性、抗腐蚀性及断裂韧性，因此快速凝固铝合金在航空航天及机械工程领域中的应用不断发展、扩大。

铝锂合金有飞行金属之称，是一种具有低密度、高弹性模量、高比强度、高比刚度等优良性能的新型铝合金材料。这种材料还具有极优良的耐蚀性能，是一种理想的航空、航天结构材料，但是这种材料还有塑性及韧性较低、缺口敏感性较大、断裂韧度值较低的缺点。

镁合金是一种绿色、最轻质的金属材料，镁在自然界地壳中分布比较广，大多以化合物的形式存在。随着科学技术的发展，镁和镁合金越来越受到人们的青睐，应用也越发广泛，可以说镁是继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料。

镁具有以下几种特点。①重量轻。正是因为如此，镁被广泛地应用于航空航天、汽车制造等产品设计领域。②比强度高。镁具有一定的承载能力，镁合金的比强度次于钛合金，同时它的比强度明显高于铝合金，并且远远高于工程塑料。③弹性模量小。当镁合金受到外力作用时，应力分布更为均匀，可以有效地避免过高的应力集中现象。在弹性范围内承受冲击载荷时，所吸收的能量比铝高，并且它的刚性好、抗震力强，长期使用不易变形，尺寸稳定。因此，镁合金适宜制造承受猛烈冲击的零部件及对材料尺寸稳定性要求较高的零部件，如飞行器。④能够抗电磁干扰。与塑料相比，镁合金的电磁屏蔽性能非常优异，镁合金电子器件壳体不做表面处理就能获得很好的屏蔽效果。并且根据研究表明，镁合金做手机外壳可以吸收辐射，这在强调环保的今天显得格外重要。因而，镁及其合金是制造电子器件壳体的理想材料，在电子及家用电器产品上具有广阔的应用前景。除此之外，它还具有减震性能强、加工性能好、导热性能好等优点。

（10）超导材料

超导电性（简称超导）材料是指某些材料在冷却到一定温度后，电流通过时这些材料会出现零电阻或失去电阻的现象，同时材料内部失去磁通成为完全抗磁性的物质，所以这种具有导电性的材料被称为超导材料。一般超导材料在电阻消失前的状态称为常导状态，电阻消失后的状态称为超导状态。

超导技术的应用遍及能源、运输、基础科学、资源、信息和医疗等科学技术领域。例如，高温超导碰体在磁悬浮列车、磁分离技术、高能加速器、磁性扫雷技术和磁流体推动技术等方面有重要的应用价值，还可以超导储能、超导输电等。超导材料的突破性进展将促进超导技术的突飞猛进，预示着一个崭新的电气化时代的到来。

（11）可降解的高分子材料

由于高分子材料具有不可降解性，直接导致了环境污染的加剧，因此人们开始开发一种新型的绿色高分子材料，也就是可以改善生态环境的可降解聚合物材料。可降解塑料是指一类其制品的各项性能可满足使用要求，在保存和使用期内性能不变，但在使用期后，却能在自然环境条件下降解成对环境无害物质的塑料。

一般情况下，可降解塑料有以下用途：①可用于包装业中的购物袋、垃圾袋、堆肥袋、肥料袋、方便面碗、化妆容器、瓶类、标签、包装薄膜、发泡片材缓冲包等材料。②可用于农林渔业中的地膜、保水材料、育苗、苗床、绳网、渔网、钓鱼丝、鱼饵容器、农药和农肥缓释材料。③可用于日用杂货，如一次性餐具、玩具、一次性圆珠笔、各种卡片、盖、罩、一次性手套、一次性桌布。④可用于卫生用品，如妇女卫生用品、婴儿尿布、医用褥垫、一次性牙刷。⑤可用于体育用品，如高尔夫球场的球钉和球座。⑥可用于医药用材中的绷带、夹子、棉签用小棒、外科用脱脂棉、手套、药物缓释材料以及手术缝合线和骨折固定材料（后三种用途主要为生物降解材料）。