新材料在產品設計中的應用研究

2025-07-24 00:00:00程方園張明

佛山陶瓷 2025年6期

1前言

材料作為實現完整產品眾多元素中重要的一環，對產品來說是不可或缺的存在。而新材料的出現則會對產品的性能外觀成本等方面產生不可小覷的影響。對設計師而言，更應當對新材料有著充分的了解和應用經驗，在新的高科技材料的出現時，能夠。根據新材料的性能及其特點合理的運用在設計中，幫助新材料被廣大消費者熟知并接受，使消費者從產品中獲得幸福感。

2產品設計與新材料的關系

產品設計和新材料是一種相輔相成的關系，新材料需要借助產品來進行推廣和消費，使消費者對新材料了解并提高對新材料的認可度形成推廣。而產品則是需要借助新材料不斷完善原有的功能或實現新的功能，一種新材料的出現如果不能以產品的形式走入廣大消費者的生活中，是難以被消費者熟知和認可的，例如大眾對塑料的熟悉度往往是要高于用于航空航天的隔熱瓦中的錸材料，新材料亦是如此，往往需要借助設計師的設計和推廣，讓新材料通過產品的形式逐漸走入到大眾的生活中，逐漸被消費者認可。

3新材料在產品設計中的應用

3.1新材料在產品設計外觀方面的應用

在2019年由麻省理工學院研發出了一種黑色涂料“超黑”—新型碳納米管（CNT）材料，它可以吸收99.995% 的光線，這一材料能顯示出超黑這一特性的原理是，它是由垂直排列的碳納米管制成，每一個垂直的碳納米管就像一顆顆小樹，而這種排列方式會得到由碳納米管垂直排列連成一片的微觀森林，光線照射到這一涂料表面時，光線會在這片由碳納米管組成的小森林中來回被折射和反射，直至光線被“森林\"徹底吸收，原本這一材料被用于航天航空方向，但在發現“超黑\"涂料的光學反射率之后，這一涂料也引起了藝術家們的注意，藝術品《虛榮的救贖》正是由一顆天然黃色鉆石和這種“超黑\"涂料所制成的（如圖1），斯特雷貝將“超黑\"涂料均勻的附著在鉆石表面，由于“超黑\"涂料的特性，使得即使有光均勻的照在鉆石表面但是大部分光線還是被涂料所吸收了，使得寶石失去了立體感，看起來像一個黑色的平面，甚至與黑色的背景融為一體，仿佛消失一般。迪姆特。斯特雷貝在采訪中表示“盡管它表現出的是黑暗和消失，但是鉆石現在反映出比它本身更大的魅力，科學和藝術之間的一個輝煌的交叉點。\"新材料的誕生和運用拓寬了產品設計外觀表達的可能性，新的材料也給更多的藝術家或設計師帶來更多的選擇，能夠在設計的過程中選擇更合適的材料來展現設計師的想法和創意。

3.2新材料在產品設計功能性方面的應用

TPU爆米花顆粒是一種由德國巴斯夫化工企業研發而成的新型減震材料，這種材料是由眾多TPU發泡小球集結在一起而成，通過一系列加壓加熱的工藝處理過后，眾多的TPU發泡小球會像爆米花一樣膨脹起來，在這一系列的加工工藝中，發泡小球的體積會膨脹數倍，形成內含微型密閉氣泡的橢圓形泡沫顆粒，具有良好的減震回彈效果，并且克服了以往TPU材料硬度高減震性差的缺點。相比傳統的橡膠材料，這一材料更加具有輕盈感。E-TPU材料最初的研發目的是被用來建造操場跑道，但是這種材料輕盈高回彈高減震的特點吸引到了一些設計師的注意，由美國的說唱歌手和阿迪達斯公司合作共同推出的Boost系列運動鞋正是采用了這一材料作為鞋子的鞋底，鞋子一經推出便受到了消費者的追捧，由于舒適的腳感被廣大消費者戲稱為“踩屎感”。除此之外這種材料也逐漸被更多的產品設計師看到，不僅僅是跑道和鞋子，在keep全新升級的K2跑步機、鄧祿普球拍、Ergon鞍座，等一些產品設計中，都出現了這種材料的身影，正是由于這種新材料輕盈高回彈高減震出色性能，它出現幫助設計師在產品的功能性的把握上，發揮出了更加出色的表現。

Polilam公司研發的一種新型材料納米樹脂板，具有耐磨耐刮花的特性，除此之外這種新材料的耐污性和不留指紋的特性，讓它深受廚衛類產品設計師的喜愛。多用于家具臺面桌面的設計中，除此之外Polilam公司還給這種新材料配合了一種新的加工工藝一膚感膜技術。經過這種加工工藝的納米樹脂板摸起來有著像嬰兒皮膚的觸感，溫潤細膩。而且會呈現出一種高級的啞光，具有全吸光的特點。即使位于強烈的燈光下也不會出現反光刺眼等情況。二者相輔相成，以這種材質做成的臺盆洗漱池具有耐磨耐臟污不留手印的特點，不僅如此，對一些細小的刮痕擦拭材質后也能夠自我修復。

3.3新材料在產品設計環保性方面的應用

來自英國皇家學院和帝國理工學院的四位設計師研發了一系列機器，可以將海產品的廢料轉化，用甲殼類動物的外殼制作成為可生物降解和可回收的生物塑料（如圖2）。這種塑料是把甲殼類動物的外殼轉變成一種類似紙張的材料，可以作為一次性塑料的可持續替代品。這種新材料是由醋和一種叫作甲殼素的的生物聚合物混合而成，甲殼素是一種纖維狀物質它構成了貝類的外骨骼和真菌的細胞壁，這種新材料的多功能性也讓設計師能夠通過調整基的成分的比例，來實現不同的材料物理性能，這意味著在制作中可以，控制材料的硬度、延展性、透明度以及厚度（如圖3），這種材料已經被用于制造抗菌包裝，對食品安全無毒的塑料袋和自肥植物花盆。通過擴大殼聚糖生物塑料的制造可以取代使用的許多塑料產品，這種新材料可以在性能上成為塑料的代替品，但從環保性上卻遠遠小于塑料的對環境的破壞，提升減少了人類活動對環境的破壞，從設計上貫徹了綠色設計的理念。

可口可樂即將于匈牙利市場試點推出 250ml 紙瓶飲料ADEZ。如圖4）其瓶身呈圓柱形，下有褶皺，與傳統收窄式設計不同，視覺上彰顯紙質感。內壁生物材料保護膜可防滲漏，瓶身由 100% 可回收木漿紙單張纖維一體成型，增強抗壓性與強度，纖維網絡配方維持瓶身強度，阻隔層阻水蒸氣與氧氣傳輸，圖案用可持續墨水與激光雕刻打印以減材料量，瓶蓋為可生物降解塑料。此包裝由Paboco公司提供，該公司由瑞典BillerudKorsnas與奧地利Alpla合資成立，自2019年3月起致力于攻克紙質包裝隔水隔氧難題并成功開發 100% 生物基紙瓶。可口可樂消費市場龐大，若全線產品采用，將大幅削減塑料制品對環境的不良影響，既滿足包裝功能需求，又契合環保大趨勢，還因材料可塑性強可推廣至各類飲品，有望引領飲品包裝新潮流，推動飲料行業包裝革新邁向綠色可持續發展新階段。

蘑菇包裝（MushroomPackaging）是由總部位于紐約的生物技術初創公司Ecovative開發，是高性能可持續包裝。其原材料源于蘑菇根部生長的菌絲體，它將農業廢棄物制成的有機基質粘合成型，可媲美聚苯乙烯泡沫。與聚苯乙烯泡沫、塑料及紙基包裝相比，優勢顯著：完全可生物降解、可堆肥，約一月分解；不依賴石油，無有害化學物質；可再生，制作僅需7天；保質期長，干燥時達30年；還具阻燃、防水性，營養豐富。此包裝為環保型，是一種優于塑料包裝的高性能方案，在包裝領域極具應用潛力，有望推動包裝行業向綠色可持續方向變革。

3.4新材料在產品設計提升了實用性

傳統陶瓷溫潤細膩，具有玉石般的觸感。但是質地堅硬且易碎不易加工造型。由于這種特性，在產品設計中的應用范圍相對塑料金屬而言較為狹窄。而發泡陶瓷也是陶瓷的一種，但是它具有和海綿一樣多且細密的孔洞，所以質量很輕，甚至比水的密度還要小，即使是很大一塊發泡陶瓷也能浮在水面上。質地輕盈且不易碎，還可以用于雕花，解決了陶瓷原本無法雕刻或做花式工藝的難題。現在發泡陶瓷不僅可以用于產品設計中，也多用于一些裝飾材料中。正是這種材料的出現提升了陶瓷在產品設計中的適用性和實用性。

石材在產品設計中的應用并不廣泛，由于石材笨重不易加工造型等特點，大部分石材主要用于裝飾材料以及建筑領域中。而新材料超薄石材這種材質改變了石材笨重不易加工的特點，超薄石材的厚度只有一兩毫米，而且是純大然石材，這是在貞巖上一層一層剝離下來的，表面是真實石材后背是一層樹脂的背膠，有了超薄石材這種新材料不僅僅可以用在裝飾材料以及建筑領域中了，也可用在一些家具的表面以及一些工藝品表面，形成不同的肌理效果。除此之外超薄石材的厚度一般在1＼～2毫米之間，可以達到良好的透光效果，部分設計師也會用這種材質設計燈具。正是由于這種新材料的出現，拓寬了石材在產品設計領域的實用性。

4影響材料選擇的條件

4.1從產品功能出發選擇材料

在產品設計諸多矛盾中的主導矛盾應當是產品的功能，功能決定形式。所以無論是材質顏色還是工藝，都應當為了更好實現產品的功能而進行選擇。在產品的選材中，主要以產品解決什么問題為出發點，根據產品的特性和功能，去選擇能夠滿足產品防水性、耐污性、耐熱性、透光性等一系列的性能的新材料。

4.2從目標用戶的情感需求選擇材料

隨著生活質量的不斷提高，用戶對產品選擇的不再單純的滿足于使用產品解決問題，轉而對產品的外觀、質量、交互方式等方面都有了更上一層樓的需求，所以設計師也要從目標用戶的情感需求出發，應當以人為本把情感化設計這一設計理念融入更多的設計中去，不同的材質給人帶來的感覺不盡相同，如金屬會給人一種冷峻和科技感，木質則會讓人感覺到舒適和古樸，禪意之感，玉石則是給人一種溫潤之感等，把握不同材料之間的差異，合理運用材料情感化的特點，回應消費者對產品的情感需求。

4.3從環保性出發選擇材料

垃圾分類、限塑令、碳中和等制度的不斷落實，環保已經不再只是一句口號，環保從各個方面開始逐漸融入我們的生活中，環保理念大行其道，綠色設計也開始隨著人們的環保意識的增強，越來越受到歡迎和重視，而對于設計師而言，在設計產品時就不能僅僅考慮功能成本外觀等方面，應當把綠色設計的理念貫穿其中，合理運用自身的知識技能積極響應國家號召，為綠色發展貢獻自身的力量。

4.4從產品成本出發

在一定情況下，新材料的出現可以降低產品的生產成本，合理運用新材料進行設計不僅可以減少成本提升凈利率，還可以拓寬產品種類增加市場份額，或是提升產品效率。產品設計大多是大規模大批量生產，在生產過程中影響產品成本的環節有很多，產品本身選用的材質也是非常重要的一環。

4.5從產品的創新性選擇材料

產品在選擇了新材料的情況后，可以與原有材料的相同產品實現差異化設計，可借由新材料實現產品創新，避免成為同質化嚴重的產品。例如把一些新材料運用到傳統的領域當中，或是把傳統的材料創新形式運用到新領域中，以保持消費者對產品的新鮮感

5總結和展望

綜上所述，一個合格的設計師應當充分把握潮流風向，合理運用新材料，讓新材料為設計帶來新的血液，讓新材料成為實現設計的階梯，而不應該墨守成規不懂變通，就像著名丹麥設計師克林特說“運用適當的技藝去處理適當的材料，才能真正解決人類的需要，并獲得率直和美的效果。”

隨著經濟的發展，國家對科研經費的投人逐漸加大，新材料的研發和生產都在快速增加，在不久的將來新材料和產品的聯系將會更加緊密，專門為某一產品研發新材料的情況也將會隨之增加，從而提升產品性能及其環保性等，這也要求設計師能更加準確的把握新材料的性能和產品的適配性。

參考文獻

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