造型材料与工艺二

第五章

产品设计中材料的选择与开发产品设计中材料的选择与开发设计材料的选用材料工程的发展设计材料的开发设计材料的选用设计材料的选择原则影响材料选择的基本因素设计材料的选择原则产品功能的实现是通过材料来体现来体现的。材料与结构是满足产品的必要条件，通常在材料和结构之间存在着比较确定的关系，而同时在结构与功能之间又是一种不关系，从而材料与功能之间也具有不确定关系。也就是说，为了实现同一功能，可以使用多种材料，而每一种材料都可以形成合理结构来完成所要达到的功能，进而产生相应的造型形式。例如：木制椅子和钢管结构椅子，虽然它们的材料、结构和造型都不同，但它们却实现着相同的功能。这种“功能”、“造型”和“材料”之间的不确定关系，形成了丰富多彩的人造世界。然而，由于产品的形成，必须通过各种加工手段来制造，所以制造技术同样制约着产品的功能与形态。不同的材料有着不同的特性和结构，有着各自不同的加工方法，从而也显现出不同的造型特征。这既是对设计的一个考验，同时也是设计的魅力所在。面对一个庞大的材料世界，要选择所需要的设计材料的确是一件复杂工作。如金属材料就有几十万种，高分子材料也有上万种，另外还有五花八门的陶瓷材料和复合材料。与设计的其他方面相比，材料的选择是最基本的，它提供了设计的起点。产品设计的过程从某个角度来说是对材料的理解与认识的过程，是“造物”与“创新”的过程。当设计师在设计某件产品时，他必须首先考虑应选用何种材料。材料选择得好坏，对产品的内在和外观质量影响极大。对于给定的某一产品或其部件，考虑选择材料时，最重要的是这一零部件的作用，及材料的性能。但设计师要把材料功能性因素、市场性因素放在相同位置，因为，如果某种材料在计划规定的时间内不能得到，那么规定采用这种材料是没有意义的。同样，如果材料的价格比计划的贵，那么也不能考虑使用这种材料。设计是一种复杂的行为，它涉及没计者感性与理性的判断。与设计的其它方面相比，材料的选择是最基本的，它提供了设计的起点。材料选择的适当与否，对产品内在和外观质量影响很大。如果材料选择不当或考虑不周，不仅影响产品的使用功能，还会有损于产品的整体美感。因此，设计师在选择材料时，除必须考虑材料的固有特性外，还必须着眼于材料与人、环境的有机联系。设计材料的选择原则设计材料的选择应遵循的原则：材料的外观材料的固有特性材料的工艺性材料的生产成本及环境因素材料的创新影响材料选择的基本因素功能安全性能外观需求工艺性能基本结构要求控制件抗腐蚀性市场环境影响材料选择的基本因素功能性因素首先应该考虑产品应具有怎么样的功能和所期望的使用寿命。安全性能。材料的选择应当按照有关的标准正确选用，并充分考虑各种可能预见的危险。例如，医院的某些电疗设备中与病人接触的部位，其表面应该选择具有抗静电性质的材料；在设备暴露的位置（如过道边）配置普通的平板玻璃，就易于碰撞碎裂而造成人身伤害事故；在设备内部如果选用易泛潮的塑料轴承，就会因隐匿着腐蚀的危险性造成质量恶化而导致重要的控制器失灵。外观需求。产品的外观在很大程度上受其可见表面的影响，并采取材料所能允许制造成的结构形式。因此，外观也是材料选择必须考虑的一个重要因素。就产品的表面效果来看，材料影响着表面的自然光泽、反射率与纹理；影响着所能采用的表面涂饰材料与方式；影响着涂饰的外观效果和在使用期限内的恶化程度和恶化速度。至于形成外观所需采取的制造工艺和手段。如浇铸、模铸、冲压、弯折或切削，也在很大程度上依赖于所采用的材料，并影响到造型在经济上是否切实可行影响材料选择的基本因素工艺性能。材料所要求的工艺性能与零部件制造的加工工艺路线有密切关系。一般金属材料的加工工艺路线，远比工程塑料和工业陶瓷复杂，而且变化多，这不仅影响零部件的成型，还大大影响零部件的最终性能。任何零件都是由不同的材料通过一定的加工工艺制造出来的，因此，作为产品设计人员掌握工业造型材料的制造性能是很重要的。工艺性能包括：机械性能、物理性能、化学性能、尺寸性能。影响材料选选择的基本本因素基本结构要要求如何综合平平衡设计中中对产品的的功能、人人机工程学学和美学方方面的要求求，以及针针对批量生生产特点的的机械结构构、加工工工艺难点和和由此产生生的成本问问题等加以以解决。已已成为材料料选择中的的重要问题题。其中材材料的耐久久性应是材材料选择中中必须最选选考虑的。。在大多数数情况下，，这样的考考虑比仅考考虑美学品品质或节约约成本而选选用可能导导致产品在在使用过程程中过早废废弃的劣质质材料，显显然要有意意义的多。。影响材料选选择的基本本因素控制件控制件对材材料的选择择也有其特特殊的需求求。例如，，操纵键盘盘的材料应应具有恰当当的接触摩摩擦性和冲冲击回弹性性，以保证证可靠操作作和手感舒舒适；用作作控制面板板的材料应应选择反射射率较低并并易于在其其表面形成成图样符号号或易于贴贴附图样符符号的材料料制作，以以减少眩光光和便于指指示控制动动作。抗腐腐蚀蚀性性抗腐腐蚀蚀性性是是材材料料选选择择的的另另一一个个重重要要准准则则，，因因为为它它影影响响着着产产品品的的操操作作、、外外观观、、寿寿命命和和维维护护。。在在直直接接涉涉及及人人身身安安全全的的场场合合，，则则必必须须通通过过材材料料的的选选择择来来防防止止危危险险的的腐腐蚀蚀。。例例如如，，为为了了保保证证维维修修、、测测试试、、操操作作过过程程的的安安全全，，对对设设备备中中必必须须具具备备的的升升降降机机或或其其他他必必须须保保证证生生命命安安全全的的设设备备，，其其材材料料的的选选择择就就应应该该以以保保证证安安全全为为前前提提。。影响响材材料料选选择择的的基基本本因因素素市场场性性因因素素设计计者者必必须须对对目目标标消消费费群群的的要要求求进进行行估估价价。。对对于于材材料料，，要要考考虑虑到到消消费费者者的的态态度度往往往往会会受受到到他他们们日日常常接接触触的的各各类类产产品品的的影影响响。。消消费费者者有有时时所所期期望望的的材材料料也也许许恰恰恰恰是是设设计计者者并并不不准准备备采采用用的的。。而而且且消消费费者者对对某某些些产产品品所所选选用用的的材材料料有有时时还还受受到到传传统统习习惯惯的的束束缚缚。。这这时时一一种种“新材材料料”的选选用用，，在在一一定定时时期期内内未未必必会会被被消消费费者者接接受受。。当当然然，，这这并并不不等等于于说说产产品品选选用用的的材材料料就就必必须须永永远远停停滞滞在在传传统统的的水水平平上上。。随随着着科科学学技技术术水水平平的的发发展展，，新新材材料料、、新新技技术术的的不不断断出出现现势势在在必必然然。。问问题题在在于于当当我我们们选选择择材材料料替替代代传传统统材材料料时时，，如如何何在在造造型型设设计计上上、、在在广广告告宣宣传传上上设设法法让让消消费费者者能能够够更更快快地地适适应应和和接接受受。。1可达性。在在最初考虑虑使用某种种材料时，，设计师应应首先了解解手边有没没有这种材材料。如果果没有，那那就看能否否在规定期期限内得到到。如果在在规定的时时间内不能能获得所需需的材料，，就必须考考虑用另一一种材料代代替。因此此可达性是是工业产品品设计选材材的重要因因素。在工工业设计中中，结构与与外观造型型密切相关关，不同的的结构方式式对产品造造型的布局局和细部处处理都有直直接的影响响。而结构构是受材料料制约的，，采用不同同的材料，，所能获得得的结构方方式以及由由此而产生生的产品形形体各不相相同，质感感各异。影响材料选选择的基本本因素2经济性。选选择材料的的经济性始始终是工业业造型设计计中十分重重要的内容容。在满足足使用要求求、艺术造造型、工艺艺和可达性性的同时，，尽可能选选用价廉的的材料，最最好选用国国产材料，，使总成本本降至最低低，取得最最大的经济济效益，使使产品在市市场上具有有最强的竞竞争力。经济性包括括：材料价价格、使用用寿命、制制造性能、、零部件的的总成本等等因素。影响材料选选择的基本本因素环境性因素素1选用同类材材料。设计计产品时尽尽量采用同同类材料，，避免多种种不同材料料，以便产产品回收和和再利用。。例如，汽汽车的车门门的门体使使用了聚丙丙烯，门中中的齿轮、、滑轮等机机构也使用用聚丙烯，，里侧的衬衬垫使用高高发泡聚丙丙烯，门内内的蒙面采采用丙纶织织物。这一一村料组合合在回收时时就不用拆拆卸分类，，可以直接接进行再加加工。2减少表面装装饰。用表表面不加任任何涂、镀镀的原材料料直接制成成产品，这这也是出于于便于回炉炉处理和再再利用的目目的。影响材料选择择的基本因素素环境性因素3采用可降解材材料。可降解解材料是指废废弃后能自然然分解并为自自然界吸收的的材料。在塑塑料成型加工工和使用过程程中产生的塑塑料废弃物，，尤其是塑料料包装材料更更是令人头疼疼的环境污染染源。4废弃物的再利利用。充分选选用废弃物的的再生材料，，以利于资源源的再循环利利用。对废弃弃物的再利用用，不仅能有有效减少可能能污染环境的的垃圾堆放，，也大大节约约了原材料。。因此，开发发能采用再生生材料、甚至至直接利用废废弃物制作的的产品将是十十分有意义的的工作，理应应成为现代工工业设计的一一个重要课题题。材料工程的发发展材料料结结构构成成分分材料料科科学学与与工工程程应用用需需求求合成成与与加加工工材料料性性能能材料料科科学学与与工工程程领领域域中中的的四四大大主主题题及及其其相相互互关关系系材料料工工程程的的发发展展材料料科科学学与与工工程程领领域域的的新新的的变变化化：：1新构构思思、、新新观观念念不不断断涌涌现现，，成成为为此此领领域域迅迅速速发发展展的的强强大大推推力力2营造造特特殊殊环环境境，，利利用用极极端端手手段段，，制制备备特特殊殊材材料料，，获获取取特特殊殊性性能能3强烈烈依依赖赖其其它它高高新新技技术术，，材材料料领领域域成成为为其其它它高高新新技技术术综综合合应应用用的的实实验验地地4经济济实实力力成成为为制制约约材材料料领领域域发发展展速速度度、、深深度度和和广广度度的的关关键键因因素素设计计材材料料的的开开发发材料料体体系系材料成分分设计加工方法法工艺参数数优化实验室性性能测试试显微组织织评价功能需求求失效分析析应用性能指标标比较产品性能能综合评评价材料开发发和改进进闭环过过程示意意图设计材材料的的开发发新材料料新材料料对产产品造造型设设计的的影响响和作作用新材料料的开开发方方向新材料料新材料料是指指采用用新工工艺、、新技技术合合成的的具有有各种种特殊殊机能能（光光、电电声、、磁、、力、、超导导、超超塑等等）或或者比比传统统材料料在必必能上上有重重大突突破（（如超超强、、超硬硬、耐耐高温温等））的一一类材材料。。新材料料发展展的标标志：：1引起生生产力力的大大解放放，推推动社社会进进步。。2根据需需要设设计新新材料料，一一改以以往根根据产产品功功能来来选择择材料料的方方式，，而而是建建立一一种由由材料料来设设计产产品的的新观观念。。新材料料对产产品造造型设设计的的影响响和作作用新材料料对产产品造造型设设计的的影响响和作作用，，在以以下几几方面面：1在产品品进一一步电电子化化、集集成化化和小小型化化的趋趋势下下，新新材料料的使使用有有可能能突破破传统统结构构，甚甚至还还可能能引起起一场场材料料与技技术的的革命命，产产生新新的产产品和和设计计风格格。因因此，，设计计工作作应与与新材材料开开发建建立一一种互互相融融合的的关系系。2产品外外观形形象要要具有有未来来性。。新材材料的的使用用，不不仅对对产品品外观观可以以起到到新颖颖美观观独特特的装装饰作作用，，使设设计本本身变变得更更简洁洁、合合理，，更具具时代代感。。3材料在在与功功能相相适应应的同同时，，还要要有良良好的的触觉觉质感感和更更好的的可操操作性性。通通过新新材料料的使使用，，设计计应最最大限限度地地赋予予产品品新的的魅力力。4设计应应进一一步开开发传传统材材料，，使之之在现现代生生活中中具有有新的的意义义。新材料料的开开发方方向当今在在新技技术的的驱动动下，，运用用具有有新的的组合合方式式、新新的形形态和和新的的性质质的各各种材材料进进行新新制品品的开开发会会产生生令人人振奋奋的效效果。。新材料料的开开发方方向新材料料的研研究与与开发发主要要包括括四方方面的的内容容：1新材料料的发发现或或研制制。2已知材材料新新功能能、新新性质质的发发现和和应用用。3已知材材料功功能、、性质质的改改善。。4新材料料评价价技术术的开开发。。还要考考虑新新材料料的产产业化化、商商品化化材料产产业化化必须须重视视：原原材料料的分分布，，材料料的成成型与与加工工性能能，材材料的的可回回收率率和环环境保保护。。可可持持续发发展新材料料的开开发方方向基础材材料的的开发发对基础础材料料的性性进行行改良良开发发，进进一步步探索索材料料的组组成、、结构构和性性能，，以提提高或或替代代原有有材料料的特特性为为具体体目标标，使使材料料扬长长避短短，从从而获获得期期望的的材料料特性性，扩扩大材材料的的使用用范围围。通用塑料的性能新型特种塑料的性能轻而硬重而软易成型不易变形不耐热，高温下会变形耐热、高温下也变形不导电、不传热能导电、传热易燃不会燃烧不锈不腐能腐新型材材料所所期望望的特特性新材料料的开开发方方向类陶瓷类塑料难燃、耐磨、高弹性、高耐热塑料类金属性塑料高强度、高导电、高结晶化塑料类玻璃性塑料透明、耐磨光纤类生物体塑料人造皮革、变色树脂、吸水性树脂、除臭树脂、飘香树脂、保温树脂、形状记忆树脂、防虫纤维、离子交换纤维等特殊个性塑料磁性纤维、超导纤维、感光树脂等新型塑塑料的的替代代机能能新材料料的开开发方方向新材料料的开开发方方向复合材材料的的开发发复合材材料是是指两两种或或两种种以上上不同同化学学性质质或不不同组组织结结构的的材料料，通通过不不同的的工艺艺方法法组成成的多多相材材料，，它具具有单单一素素材无无法取取得的的机能能。这这些机机能包包括：：1各素材材所保保持的的机能能2在复合合与成成型过过程中中形成成的机机能3由复合合结构构特征征产生生的机机能4复合效效应所所致的的机能能新材料料的开开发方方向金属金属陶瓷陶瓷塑料塑料玻璃玻璃可能复复合的的素材材组合合方式式新材料料的开开发方方向开发复复合材材料的的目的的为：：1弥补某某些有有用材材料的的缺点点，以以更好好地发发挥有有用的的机能能2利用具有某某些特性的的材料以构构成单一材材料无法实实现的特性性3产生从未有有的新机能能新材料的开开发方向新材料的开开发方向复合材料常常用如下方方法分类：：1按基体分类类，有金属属基复合材材料和高分分子（树脂脂）基复合合材料。2按添加物的的几何形状状分类，有有颗粒增强强复合材料料、纤维增增强复合材材料、叠层层增强复合合材料、弥弥散增强复复合材料等等随着研究的的深入，材材料的复合合向着精细细化方向演演化，出现现了诸如仿仿生复合、、梯度复合合、纳米复复合、分子子复合、原原位复合和和智能复合合等新颖方方法。新材料的开开发方向一般材料的的产品化过过程，分为为原材料加加工与由材材料加工成成型构成产产品两个基基本过程。。然面复合合材料的产产品化过程程则不同，，它的这两两个基本过过程是同时时实现的，，所以复合合材料的设设计就是产产品的设计计，并且不不同的产品品即使采用用相同的复复合材料也也有不同的的成型方法法与条件。。在设计阶段段，不论选选用什么材材料，同时时就应考虑虑其废弃物物的处理，，这已成为为现代工业业设计的原原则。从这这一角度来来说，复合合材料的回回收处理较较为困难，，易引起环环境问题。。所以复合合材料设计计时，必须须充分确认认对其处理理的可能性性。新材料的开开发方向纳米材料与与纳米技术术纳米材料与与纳米技术术是一种基基于全新概概念而形成成的材料和和材料加工工技术，是是当前国际际前沿研究究课题之一一。一、纳米材材料新材料的开开发方向纳米级结构构材料简称称为纳米材材料(nanomaterial)，是指其结结构单元的的尺寸介于于1纳米～100纳米范围之之间。由于于它的尺寸寸已经接近近电子的相相干长度，，它的性质质因为强相相干所带来来的自组织织使得性质质发生很大大变化。并并且，其尺尺度已接近近光的波长长，加上其其具有大表表面的特殊殊效应，因因此其所表表现的特性性，例如熔熔点、磁性性、光学、、导热、导导电特性等等等，往往往不同于该该物质在整整体状态时时所表现的的性质。纳米颗粒材材料又称为为超微颗粒粒材料，由由纳米粒子子(nanoparticle)组成。纳米米粒子也叫叫超微颗粒粒，一般是是指尺寸在在1～100nm间的粒子，，是处在原原子簇和宏宏观物体交交界的过渡渡区域，从从通常的关关于微观和和宏观的观观点看，这这样的系统统既非典型型的微观系系统亦非典典型的宏观观系统，是是一种典型型的介观系系统，它具具有表面效效应、小尺尺寸效应和和宏观量子子隧道效应应。当人们们将宏观物物体细分成成超微颗粒粒（纳米级级）后，它它将显示出出许多奇异异的特性，，即它的光光学、热学学、电学、、磁学、力力学以及化化学方面的的性质和大大块固体时时相比将会会有显著的的不同。新材料的开开发方向纳米材料具具有传统材材料所不具具备的奇异异或反常的的物理、化化学特性，，如原本导导电的铜到到某一纳米米级界限就就不导电，，原来绝缘缘的二氧化化硅、晶体体等，在某某一纳米级级界限时开开始导电。。这是由于于纳米材料料具有颗粒粒尺寸小、、比表面积积大、表面面能高、表表面原子所所占比例大大等特点，，以及其特特有的三大大效应：小小尺寸效应应、表面效效应和宏观观量子隧道道效应。新材料的开开发方向小尺寸效应应随着颗粒尺尺寸的量变变，在一定定条件下会会引起颗粒粒性质的质质变。由于于颗粒尺寸寸变小所引引起的宏观观物理性质质的变化称称为小尺寸寸效应。对对超微颗粒粒而言，尺尺寸变小，，同时其比比表面积亦亦显著增加加，从而产产生如下一一系列新奇奇的性质。。新材料的开开发方向（1）特殊的的光学性质质当黄金被细细分到小于于光波波长长的尺寸时时，即失去去了原有的的富贵光泽泽而呈黑色色。事实上上，所有的的金属在超超微颗粒状状态都呈现现为黑色。。尺寸越小小，颜色愈愈黑，银白白色的铂（（白金）变变成铂黑，，金属铬变变成铬黑。。由此可见见，金属超超微颗粒对对光的反射射率很低，，通常可低低于l％，大约几几微米的厚厚度就能完完全消光。。利用这个个特性可以以作为高效效率的光热热、光电等等转换材料料，可以高高效率地将将太阳能转转变为热能能、电能。。此外又有有可能应用用于红外敏敏感元件、、红外隐身身技术等。。小尺寸效应应新材料的开开发方向小尺寸效应应（2）特殊的的热学性质质固态物质在在其形态为为大尺寸时时，其熔点点是固定的的，超细微微化后却发发现其熔点点将显著降降低，当颗颗粒小于10纳米量级时时尤为显著著。例如，，金的常规规熔点为1064C℃，当颗粒尺寸寸减小到10纳米尺寸时，，则降低27℃，2纳米尺寸时的的熔点仅为327℃左右；银的常常规熔点为670℃，而超微银颗颗粒的熔点可可低于100℃。因此，超细细银粉制成的的导电浆料可可以进行低温温烧结，此时时元件的基片片不必采用耐耐高温的陶瓷瓷材料，甚至至可用塑料。。采用超细银银粉浆料，可可使膜厚均匀匀，覆盖面积积大，既省料料又具高质量量。日本川崎崎制铁公司采采用0．1～1微米的铜、镍镍超微颗粒制制成导电浆料料可代替钯与与银等贵金属属。超微颗粒粒熔点下降的的性质对粉末末冶金工业具具有一定的吸吸引力。例如如，在钨颗粒粒中附加0.1％～0.5％重量比的超超微镍颗粒后后，可使烧结结温度从3000℃降低到1200～1300℃，以致可在较较低的温度下下烧制成大功功率半导体管管的基片。新材料的开发发方向小尺寸效应（3）特殊的磁磁学性质人们发现鸽子子、海豚、蝴蝴蝶、蜜蜂以以及生活在水水中的趋磁细细菌等生物体体中存在超微微的磁性颗粒粒，使这类生生物在地磁场场导航下能辨辨别方向，具具有回归的本本领。磁性超超微颗粒实质质上是一个生生物磁罗盘，，生活在水中中的趋磁细菌菌依靠它游向向营养丰富的的水底。通过过电子显微镜镜的研究表明明，在趋磁细细菌体内通常常含有直径约约为2′10-2微米的磁性氧氧化物颗粒。。小尺寸的超超微颗粒磁性性与大块材料料显著的不同同，大块的纯纯铁矫顽力约约为80安／米，而当当颗粒尺寸减减小到2′10-2微米以下时，，其矫顽力可可增加1千倍，若进一一步减小其尺尺寸，大约小小于6′10-3微米时，其矫矫顽力反而降降低到零，呈呈现出超顺磁磁性。利用磁磁性超微颗粒粒具有高矫顽顽力的特性，，已作成高贮贮存密度的磁磁记录磁粉，，大量应用于于磁带、磁盘盘、磁卡以及及磁性钥匙等等。利用超顺顺磁性，人们们已将磁性超超微颗粒制成成用途广泛的的磁性液体。。新材材料料的的开开发发方方向向小尺尺寸寸效效应应4）特特殊殊的的力力学学性性质质陶瓷瓷材材料料在在通通常常情情况况下下呈呈脆脆性性，，然然而而由由纳纳米米超超微微颗颗粒粒压压制制成成的的纳纳米米陶陶瓷瓷材材料料却却具具有有良良好好的的韧韧性性。。因因为为纳纳米米材材料料具具有有大大的的界界面面，，界界面面的的原原子子排排列列是是相相当当混混乱乱的的，，原原子子在在外外力力变变形形的的条条件件下下很很容容易易迁迁移移，，因因此此表表现现出出甚甚佳佳的的韧韧性性与与一一定定的的延延展展性性，，使使陶陶瓷瓷材材料料具具有有新新奇奇的的力力学学性性质质。。美美国国学学者者报报道道氟氟化化钙钙纳纳米米材材料料在在室室温温下下可可以以大大幅幅度度弯弯曲曲而而不不断断裂裂。。研研究究表表明明，，人人的的牙牙齿齿之之所所以以具具有有很很高高的的强强度度，，是是因因为为它它是是由由磷磷酸酸钙钙等等纳纳米米材材料料构构成成的的。。呈呈纳纳米米晶晶粒粒的的金金属属要要比比传传统统的的粗粗晶晶粒粒金金属属硬硬3～5倍。。至至于于金金属属一一陶陶瓷瓷等等复复合合纳纳米米材材料料则则可可在在更更大大的的范范围围内内改改变变材材料料的的力力学学性性质质，，其其应应用用前前景景十十分分宽宽广广。。超微微颗颗粒粒的的小小尺尺寸寸效效应应还还表表现现在在超超导导电电性性、、介介电电性性能能、、声声学学特特性性以以及及化化学学性性能能等等方方面面。。新材料的的开发方方向表面效应应球形颗粒粒的表面面积与直直径的平平方成正正比，其其体积与与直径的的立方成成正比，，故其比比表面积积（表面面积／体体积）与与直径成成反比。。随着颗颗粒直径径变小，，比表面面积将会会显著增增大，说说明表面面原子所所占的百百分数将将会显著著地增加加。对直直径大于于0.1微米的颗颗粒表面面效应可可忽略不不计，当当尺寸小小于0.1微米时，，其表面面原子百百分数激激剧增长长，甚至至1克超微颗颗粒表面面积的总总和可高高达100米2，这时的的表面效效应将不不容忽略略。新材料的的开发方方向表面效应应超微颗粒粒的表面面与大块块物体的的表面是是十分不不同的，，若用高高倍率电电子显微微镜对金金超微颗颗粒（直直径为2*10-3微米）进进行电视视摄像，，实时观观察发现现这些颗颗粒没有有固定的的形态，，随着时时间的变变化会自自动形成成各种形形状（如如立方八八面体，，十面体体，二十十面体多多李晶等等），它它既不同同于一般般固体，，又不同同于液体体，是一一种准固固体。在在电子显显微镜的的电子束束照射下下，表面面原子仿仿佛进入入了“沸腾”状态，，尺寸寸大于于10纳米后后才看看不到到这种种颗粒粒结构构的不不稳定定性，，这时时微颗颗粒具具有稳稳定的的结构构状态态。新材料料的开开发方方向表面效效应超微颗颗粒的的表面面具有有很高高的活活性，，在空空气中中金属属颗粒粒会迅迅速氧氧化而而燃烧烧。如如要防防止自自燃，，可采采用表表面包包覆或或有意意识地地控制制氧化化速率率，使使其缓缓慢氧氧化生生成一一层极极薄而而致密密的氧氧化层层，确确保表表面稳稳定化化。利利用表表面活活性，，金属属超微微颗粒粒可望望成为为新一一代的的高效效催化化剂和和贮气气材料料以及及低熔熔点材材料。。新材料料的开开发方方向宏观量量子隧隧道效效应各种元元素的的原子子具有有特定定的光光谱线线，如如钠原原子具具有黄黄色的的光谱谱线。。原子子模型型与量量子力力学已已用能能级的的概念念进行行了合合理的的解释释，由由无数数的原原子构构成固固体时时，单单独原原子的的能级级就并并合成成能带带，由由于电电子数数目很很多，，能带带中能能级的的间距距很小小，因因此可可以看看作是是连续续的，，从能能带理理论出出发成成功地地解释释了大大块金金属、、半导导体、、绝缘缘体之之间的的联系系与区区别，，对介介于原原子、、分子子与大大块固固体之之间的的超微微颗粒粒而言言，大大块材材料中中连续续的能能带将将分裂裂为分分立的的能级级；能能级间间的间间距