第1章 创新设计与材料的关系 3
1.1 创新设计的内涵与作用 3
1.1.1 创新设计引领新产业革命 5
1.1.2 创新设计打造企业核心竞争力 5
1.2 创新设计与材料关系的历史演变 7
1.2.1 农耕时代：传统设计与材料的关系 8
1.2.2 工业时代：现代设计与材料的关系 11
1.2.3 知识网络时代：创新设计与材料的关系 16
参考文献 19
第2章 材料是创新设计的物质基础 23
2.1 材料在创新设计中的角色 23
2.2 材料的感知特性 24
2.2.1 材料的视觉特性 26
2.2.2 材料的触觉特性 33
2.3 材料的功能特性 38
2.3.1 材料的力学特性 40
2.3.2 材料的光学特性 42
2.3.3 材料的能量转换特性 45
2.3.4 材料的生物学特性 48
2.4 材料的资源经济性 51
2.4.1 材料的绿色环保特性 52
2.4.2 材料的能源经济特性 54
2.4.3 材料的资源节约特性 57
参考文献 60
第3章 创新设计是材料的发展引擎 65
3.1 创新设计对新材料的需求 65
3.1.1 创新设计对轻量化材料的需求 67
3.1.2 创新设计对新能源材料的需求 69
3.1.3 创新设计对环境材料的需求 73
3.1.4 创新设计对智能材料的需求 74
3.2 创新设计对材料的推动 75
3.2.1 材料创新设计的国内外现状 75
3.2.2 创新设计下的材料发展 81
参考文献 85
第4章 从材料到器件：创新研制的融合发展 91
4.1 创新研制是创新设计、新材料与制造的深度融合 91
4.2 创新研制中的创新设计技术 92
4.3 创新研制中的设计新思路 94
4.3.1 生物制造 94
4.3.2 分子机器 98
4.3.3 虚拟现实 100
4.4 创新研制中的设计新工具 103
4.4.1 标准化为“材料—器件”商业化制造扫清障碍 104
4.4.2 材料特性数据库为“材料—器件”制造过程提供保障 104
4.4.3 仿真模拟技术为“材料—器件”提供了研究模型 106
4.5 创新制造对创新设计的影响 109
4.5.1 3D打印技术可带来设计理念的改变 109
4.5.2 3D打印技术将会给工业模式设计带来变革 110
4.5.3 3D打印技术是将创新设计转化为实物的有效途径 110
4.5.4 3D打印技术颠覆了传统的制造设计模式 111
4.5.5 3D打印技术将为特殊场合的装备设计带来变革 113
参考文献 115
第5章 材料创新设计路线图 121
5.1 高性能结构材料创新设计路线图 121
5.1.1 现状及态势分析 121
5.1.2 创新发展路径 125
5.2 信息材料创新设计路线图 127
5.2.1 现状及态势分析 127
5.2.2 创新发展路径 130
5.3 生物医用材料创新设计路线图 133
5.3.1 现状及态势分析 133
5.3.2 创新发展路径 136
5.4 能源与环境材料创新设计路线图 139
5.4.1 现状及态势分析 139
5.4.2 创新发展路径 142
5.5 碳材料及其复合材料创新设计路线图 145
5.5.1 现状及态势分析 145
5.5.2 创新发展路径 148
5.6 超常环境材料创新设计路线图 151
5.6.1 现状及态势分析 151
5.6.2 创新发展路径 154
5.7 海洋工程材料创新设计路线图 157
5.7.1 现状及态势分析 157
5.7.2 创新发展路径 160
参考文献 163
第6章 材料创新设计发展与展望 167
6.1 国际材料创新设计发展状况 167
6.1.1 美国：建设国家制造业创新网络、实施材料基因组计划 167
6.1.2 欧盟及其成员国：启动面向未来创新设计计划、实施“冶金欧洲”计划 170
6.1.3 日韩：注重发展模式的转变 173
6.1.4 俄罗斯：出台新的材料科技发展战略 174
6.2 我国材料创新设计未来展望 174
6.2.1 先进基础材料 175
6.2.2 关键战略材料 175
6.2.3 前沿新材料 175
6.2.4 未来发展建议 176
参考文献 181
索引 185