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    材料主要包括金屬材料、有機(jī)材料、無機(jī)材料、復(fù)合材料和納米材料幾大類。新材料的研究水平是高科技創(chuàng)新的關(guān)鍵。在電性能(蓄能)、耐高溫、耐磨、高硬度、高強(qiáng)度等材料功能性方面，無機(jī)材料無疑擔(dān)當(dāng)著不可替代的重要角色。

    談到無機(jī)材料研究，若想有所建樹，兩種技能不可或缺：一是對元素周期表的認(rèn)知;二是對科研方法的理解及運(yùn)用。所謂材料研究，就是將元素周期表中的某些元素，在特定的條件下組合成新材料;并依據(jù)材料的性能要求，求取材料最優(yōu)規(guī)律的過程。無論研究哪類材料，元素周期表的宏觀指導(dǎo)意義都是巨大的。

    在無機(jī)材料研究中，由于材料多為氧化物、氮化物或碳化物，因此材料的合成條件多為氧化，或保護(hù)性氣氛條件。在進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，可以將以下變量作為因素在研究中系統(tǒng)地加以考慮：一是考慮同一族物質(zhì)(相同價(jià)態(tài)，如正二價(jià)、正五價(jià)等)，特別提示相同價(jià)態(tài)元素都存在于兩個(gè)族列;二是考慮同一族物質(zhì)中的不同個(gè)體;三是考慮不同價(jià)態(tài)物質(zhì)間的相關(guān)關(guān)系;四是考慮原材料的來源形式(如不同的化合物)，五是考慮原材料的純度、細(xì)度、產(chǎn)地等;六是考慮合成條件，如原料的預(yù)處理、混合方式、煅燒條件(溫度、壓力、氣氛)等。

    從以上分析可知，無機(jī)材料系統(tǒng)研究所涉及的變量，都不少于十幾到幾十個(gè)，而且變量之間存在大量的交互關(guān)系。因此，無機(jī)新材料研究的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，成了新材料研究的核心內(nèi)容。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方法，不足以找到復(fù)雜體系的最優(yōu)答案。

    運(yùn)籌學(xué)中的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一個(gè)比較好的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。它是多因素、多指標(biāo)系統(tǒng)研究的一種高效能工具，現(xiàn)在理工科大學(xué)都會(huì)開設(shè)這門課程。但從大量的科技論文中可知，運(yùn)用該方法從事新材料研究的人并不多。絕大多數(shù)論文還是單因素的研究報(bào)告，系統(tǒng)運(yùn)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行研究的極少。究其原因不是他們沒有嘗試過，而是嘗試后得不出可靠的結(jié)論，最終放棄數(shù)學(xué)方法轉(zhuǎn)而采用經(jīng)驗(yàn)方法。

    數(shù)學(xué)方法最終未被研究者采用有兩個(gè)根本原因：一是現(xiàn)有的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)本身存在缺陷。“正交”，顧名思義是坐標(biāo)垂直，變量間相互獨(dú)立，不存在交互關(guān)系(相關(guān)關(guān)系)。但實(shí)際情況是變量間存在著普遍的交互關(guān)系，它是一種常態(tài);而變量間不存在交互關(guān)系只能是一種極為特殊的狀況，不具代表意義。在陶瓷工藝學(xué)課程里講到一個(gè)例子：考察氧化硅和氧化鋁對釉面質(zhì)量的影響，其中氧化硅為橫坐標(biāo)，氧化鋁為縱坐標(biāo)。在坐標(biāo)圖中，靠近氧化鋁坐標(biāo)附近的區(qū)域?yàn)闊o光;靠近氧化硅坐標(biāo)附近的區(qū)域?yàn)槿闈?而中間夾角區(qū)的釉料光澤透明。這說明氧化硅和氧化鋁在對釉面質(zhì)量的影響中存在交互關(guān)系，即當(dāng)氧化硅取某一值時(shí)，氧化鋁有一相對應(yīng)的取值范圍。若以直角坐標(biāo)系對結(jié)論進(jìn)行描述：如氧化硅在3-12mol，氧化鋁在0.3-2.5 mol的范圍內(nèi)，釉料光澤透明。顯而易見該結(jié)論有問題：坐標(biāo)邊角區(qū)的情況與結(jié)論不符合，即正交體系在因素間存在交互作用時(shí)，表述結(jié)論存在問題(不完整)。解決此問題的辦法可通過坐標(biāo)變換，引入新的坐標(biāo)(如角坐標(biāo)系統(tǒng))。二是數(shù)據(jù)分析問題。采用數(shù)學(xué)方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)試驗(yàn)，樣本數(shù)據(jù)間存在高度關(guān)聯(lián)性，即存在可計(jì)算性。實(shí)際情況中會(huì)遇到樣品(或數(shù)據(jù))丟失;或數(shù)據(jù)不能獲得(不能測試或無法數(shù)據(jù)化)，導(dǎo)致信息不能進(jìn)行運(yùn)算而得不到結(jié)論。

    科研的競爭，更深層面上是科研方法上的競爭。磨刀不誤砍柴工，讓我們用理性的思維去看待科研活動(dòng)，在方法學(xué)上多下功夫，以求高效率并獲得好結(jié)果。