创新思维第六章

淮海工学院宋跳校区

创新思维与科技创新

——发明原理与应用

讨论主题：变害为利、多孔材料

组长：朱鸿娜陶涛

组员：曹阳、蔡炎霏、陈何莲、黄伟、章浩、周暠辰、项羽指导老师：樊华、许华娣

学院：应用技术学院

班级：Z电子142、Z中文141

TRIZ的发明原理与应用

——变害为利、多孔材料

一、变害为利

1.概念

变害为利原理是TRIZ(发明问题解决理论)40条创新原理的第22条。TRIZ对变害为利原理的解释是:"害处已经存在,寻找各种方式,用它来增加价值。"利与害本来就是相对而言的。例如火,它可以成灾,烧毁森林房舍,使人致死致伤;但如果处理控制得当,就可以导致有利的结果,如烹饪、取暖、冶炼、驱动热机等等,在卫星发射现场我们可以看到对火的极致运用。

2.指导原则

变害有利的原理告诉我们，接受一些难以接受的东西--让它发生，往往并不像我们想象的那样糟糕，或许我们还能获得一些收获，因此我们在思考过程中面对有害或者危险的事物时能突破心理障碍。

人生也是如此，不如意的地方十之有八九，倘若我们能坦然接受一些事实，或许我们的人生之路会更加宽广，至少会活得更加从容。

高明的政治家都比较会因势利导，来将对自己不利的因素导向对自己有利的方向。

变害为利不仅仅是一种发明手段，也是一种处事手段。

3.典型案例：

案例一

哈姆威是一个制售糕点薄饼的小商贩。1904年美国举办世界博览会期间他获准在会场外出售薄饼，生意实在清淡。然而与他相邻的卖冰激凌的摊商却异常火爆，以至于盛冰激凌的碟子常常不够用。早期的冰激凌没有自带的容器，是由商家用一个半球壳形的勺子从“冰桶”中挖出一坨冰激凌扣在小碟子上，其形如一个小馒头，顾客吃完后商家要将小蝶收回洗净循环使用，所以顾客不能把冰激凌带走。邻家的火爆场面让哈姆威看得眼热，心里真不是滋味。竞争对手已经出现，分流了他的客源，怎么办？是加大宣传和他竞争？还是……。他想出一个好主意：他用他的薄饼卷成圆锥形给那位摊商看：“既然你的碟子不够用，用这个锥筒盛冰激凌如何？”对方正忙得焦头烂额，欣然接受了。于是一种新款冰激凌诞生了，顾客付了钱就可以把冰激凌带走，边走边吃，以至于在那次展会上，手持锥形冰激凌穿梭于各展馆的观众竟成了一道亮丽的风景，而这种锥形冰激凌正是今天蛋卷冰激凌的前身。在这个例子里，

哈姆威顺势而为，把竞争对手变成了盟友，发明了一种至今还有生命力的小商品。

案例二

19世纪，法国穷小子乔利·贝朗在一户贵族家帮佣。有一次为贵夫人熨衣服时不小心打翻了油灯，灯里的煤油滴在贵夫人的衣服上，那可是件名贵的衣服呀！贵夫人一怒之下要他赔偿，身无分文的乔利只好答应给贵夫人白干一年来抵偿那件衣服。作为公平的交换贵夫人把那件溅了油的衣服给了他。他把那件衣服挂在床前，每天收工后身心疲惫地躺在床上总要懊恼地看一眼这件给他带来厄运的华丽衣服。然而渐渐地他发现油色越来越淡，最后消失了。他仔细看了看那片滴过油的地方，发现比周围的面料更显洁净。这一来触发了他的灵感，他又用其它有机溶剂与煤油混合试着擦洗衣服，发现对某些衣料、某些污渍要比水洗效果好。就这样，干洗法诞生了。一年后他带着这项技术离开贵族家，靠干洗业务谋生，业务日渐红火，数年后成了干洗业大王。当然今天的干洗剂配方又比过去进步了许多。在这个故事里，乔利逆向思维，从坏事里发现好的因子，实现了变害为利的转换。

4.运用技巧

1）利用有害的因素（特别是环境中的）获得积极的效果；

2）将两个有害的因素相结合，进而消除它们；

3）增加有害因素到一定的程度，使之不再有害；

二、多孔材料

1.概念

多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。典型的孔结构有：一种是由大量多边形孔在平面上聚集形成的二维结构；由于其形状类似于蜂房的六边形结构而被称为“蜂窝”材料；更为普遍的是由大量多面体形状的孔洞在空间聚集形成的三维结构，通常称之为“泡沫”材料。如果构成孔洞的固体只存在于孔洞的边界（即孔洞之间是相通的），则称为开孔；如果孔洞表面也是实心的，即每个孔洞与周围孔洞完全隔开，则称为闭孔；而有些孔洞则是半开孔半闭孔的。

2.性能

机械性能：应用多孔材料能提高强度和刚度等机械性能, 同时降低密度, 这样应用在航天、航空业就有一定的优势, 据测算, 如果将飞机改用多孔材料, 在同等性能条件下, 飞机重量

减小到原来的一半。应用多孔材料另一机械性能的改变是冲击韧性的提高, 应用于汽车工业能有效降低交通事故对乘客的创造伤害。

传播性能：波传播至两种介质的界面上时, 会发生反射和折射。由于多孔的存在, 增多了反射和折射的可能, 同时衍射的可能也增多了。所以多孔材料能起到阻波的作用。利用这种性质, 多孔材料可以用作隔音材料、减振材料和抗爆炸冲击的材料。

光电性能：多孔材料具有独特的光学性能, 微孔的多孔硅材料在激光的照射下可以发出可见光, 将成为制造新型光电子元件的理想材料。多孔材料的特殊光电性能还可以制出燃料电池的多孔电极, 这种电池被认为是下一代汽车最有前途的能源装置。

渗透性：由于人们已经能制造出规则孔型而且排列规律的多孔材料,并且, 孔的尺寸和方向已经可以控制。利用这种性能可以制成分子筛, 比如高效气体分离膜、可重复使用的特殊过滤装置等。

吸附性：由于每种气体或液体分子的直径不同, 其运动的自由程度不同, 所以不同孔径的多孔材料对不同气体或液体的吸附能力就不同。可以利用这种性质制作出用于空气或水净化的高效气体或液体分离膜, 这种分离膜甚至还可重复使用。

化学性能：多孔材料由于密度的变小, 一般材料的活性都将增加。基于具有分子识别功能的多孔材料而产生的人造酶, 能大大提高催化反应速度

3.运用

多孔原理运用的例子很多(工艺，复合材料领域尤其多)：

A）造船的浮力部分使用多孔结构，不仅可以通过孔穴减少重量，提升浮力，还可以提高船的安全性，因为在一个或多个孔穴结构遭到破坏时，其它孔隙结构仍然保持浮力；

B）泡沫金属，泡沫塑料的应用；（用泡沫金属制作的飞机机翼结实轻便）

C）药棉（利用多孔的结构的棉花，加入酒精而成）；用海绵来储存液态氨；

D）纱窗、蚊帐、海绵；

4.多孔原理运用的原理：

A) 多孔使材料变“轻”了，其实是它的密度变小了。在这里有必要区分材料的密度和构成该材料的物质的密度，前者变了而后者没变。因为前者是我们对它的宏观测度，在测量密度时把微孔和实体都囊括其中。然而材料的机械性能并没有随着密度而减小同样的倍数，这一点很有意义；

B ) 多孔可以导致其它物理性能的改变，如隔热保温、隔音、弹性等；

C ) 多孔使材料的表面积扩大了。因为从微观结构来看，构成它的许多微小单元的分散度显然比密实材料大多了，这一点使它在化学或物理化学领域可以大有作为；

D) 多孔材料又大致可以分为开孔型和闭孔型两类，前者可以看作是由许多微小颗粒粘结而成的，其中的孔隙是相通的；后者可以看作是由许多小气泡粘结而成的，其中的孔隙是互相隔绝的，而在实践中这两种结构各有各的用处。

5.多孔原理运用的方法：

A)让不是多的物体变成多孔的，或者使用辅助的多孔部件（如插入，覆盖）；

B) 如果一个物体已经是多孔了，那么事先往里面填充某种物质；

这个原理提出的原因是，一般机械系统通常都是由没有渗透性的固体材料制成的，无渗透性的材料虽然有其优点，但我们也不能忽视具有渗透性的（多孔的）材料的优点，比如我们人类本身的生命器官就是具有渗透性的代表。许多机器都具有内部运动功能，“粗糙的”

机器用管道、泵等工具协助实现，而精细的机器可用可渗透的膜和分子力来是实现。使用多孔结构（如孔穴，气泡，毛细管等）时，这些结构可不包含任何实物粒子，可以是真空，也可以填充某些有用的气体，液体或者固体，目的是让孔隙结构的优势得到充分的发挥。

多孔结构的一种直观的好处就是可以在不影响结构品质的情况下，节省材料，减轻重量（坚固性、轻便性、透气性等）。

四、课堂讨论