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TRIZ（5）——发明原理（3）

news 2025/8/1 19:13:11

替换机械系统原理（mechanical interaction substitution）

用光学、声学或嗅觉方法替代机械系统：　用“声学栅栏”（动物可听见的声学信号）代替真正现实中的栅栏，来圈住牛羊。　利用触摸屏技术（触觉设计原理）代替了原有的按键式机械结构。使手机变得更加易于操作、更加智能化，同时触屏的推广与使用也使手机增加了许多扩展功能，类似于手机阅读、网页浏览等功能也日趋完善。

运用电场、磁场或电磁场与物体进行交换作用：　磁场感应涡流加热。利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内的磁力通过含铁质锅底部时，即会产生无数之小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内的食物。电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收。

用移动场代替固定场，用动态场代替静态场，用结构化场代替非结构化场，用确定场代替随机场：　核磁共振成像。又称磁共振成像（NMR），是利用核磁共振原理，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，绘制物体内部的结构图像，在物理、化学、医疗、石油化工、考古等方面获得了广泛应用。将这种技术应用于人体内部结构的成像，就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用，大大加快了核磁共振成像的速度，这是用动态场代替静态场，用结构化场代替非结构化场的典型案例。　在通信系统中，利用定点雷达预测代替早期的全方位检测，可以获得更加详细的信息。这是用确定场代替随机场的典型案例。

把场和能够与场发生相互作用的粒子（例如磁场和铁磁粒子）组合起来使用。：　用变化的磁场加热含铁磁粒子的物质，当温度达到居里点时，物质变成顺磁，不再吸收热量，从而实现恒温。

气压或液压结构原理（pneumatics and hydraulics）

利用气体或液体部件代替对象中的固体部件，例如充气结构、充液结构、气垫、液体静力结构和流体动力结构等。：　机械千斤顶可以认为是固定传动结构，部件间存在一定的摩擦作用，在较大压力作用环境下，更容易磨损。液压千斤顶利用液体，虽然原理与机械千斤顶不同，但成功避免了固件部分的直接接触，因而更加灵活、耐用和有效。

柔性壳体或薄膜结构原理（flexible shells and thin films）

用柔性壳体、活动的盖子或薄膜替代通常的结构：自行车的车座软垫可以使车垫变得柔软，坐上去更舒适。

用柔性壳体、活动的盖子或薄膜把对象和外部世界隔离开来：　胶囊、蚊帐、塑料大棚。

多孔材料原理（porous materials）

给物体加孔或者运用补充的多孔物质（插入物，覆盖物等）：　活性炭的微观结构充满孔洞，其堆积密度低，比表面积大。活性炭主要用于脱色和过滤，吸收各种气体与蒸汽等。　蜂窝煤是横断面中部有多个垂直通风圆孔，状似蜂窝的圆柱形煤球，主要用于家庭生火、取暖。在圆柱形煤球内打上一些孔，可以增大煤的表面积，使煤能够充分燃烧。

如果对象已经由多孔物质组成，那么小孔可以事先用某种物质填充：　多孔催化剂。催化剂一般可作为载体，令反应物在催化剂表面附着。化学反应速率有时候取决于反应物在催化剂表面的附着速率。将催化剂装在多孔载体里，可增加催化剂的表面积，从而使反应物更容易在催化剂表面附着，在一定程度上加快了化学反应速率。

变换颜色原理（optical property changes）

改变对象或者其环境的颜色：　迷彩服或者变色龙身上的颜色变化。

改变对象或其环境的透明程度：　将绷带做成透明的，这样就可以在不揭开绷带的条件下观察伤情。

采用有颜色的添加物，使不易被观察到的对象或过程被观察到：　水温感应喷头，在水温不同时喷头的颜色也不同。温度低的时候偏白色、蓝色，温度高的时候偏橙色、红色。这样用户不必用身体触碰就可根据喷头颜色来辨别水温。

如果某种补充物已经得到运用，那么可增加其发光特性以提高可视性（考虑使用荧光物质）：　在纸币中加入荧光物质，以提高纸币的防伪能力。•　在无损检测中，利用荧光探伤法可以检测工件的表面缺陷。

同质原理（homogeneity）

与指定对象发生相互作用的对象，应该采用与指定对象相同的材料（或性质接近的材料）制成。：　钻石的切割温度比较高，如果使用由其他材料制成的工具来切割金钢石，切割时的高温容易使金钢石和其他材料发生化学反应，而采用金刚石作为切割材料则可以避免。　用糯米制成的糖纸来包装软糖（糖纸和软糖都是可食用的）。与此类似，利用鸡蛋和淀粉来制造装冰激凌的容器（冰激凌和容器具有相同的特性——可以食用）。

抛弃与再生原理（discarding and recovering）

已经完成任务的部件和无用的部件自动消失，或在工作过程中自动改变（溶解、蒸发等）：　多级火箭除第一级以外，其他级只是为了增加推进速度，当完成任务之后就会被舍弃，基本是坠入大气层烧毁。　可吸收外科手术缝合线具有生物可降解性。伤口缝合后，随着伤口的愈合，缝线自动在体内降解，这样就避免了拆线的痛苦。

在工作时消耗或减少的部件应当被立即替换或自动再生　自动铅笔的铅芯头写完了，轻轻一按，就会得到补充，不需要削铅笔了。　自动步枪可以在发射出一发子弹后自动装填下一发子弹。

状态和参数变化原理（parameter change）

改变对象的物理聚集状态（例如在气态、液态、固态之间转化）：　用液态形式运输氧、氮、天然气，从而取代气体形式的运输，可以减少货物的体积，提高运输效率。　向磁流变液施加磁场，可以在1ms内使其从自由状态变为固态；当磁场移去之后，又立即恢复液态，从而实现对流体传动介质的控制。　用液态的洗手液代替固态的肥皂，在公共场所使用更加方便卫生。

改变对象的浓度、密度和黏度：　改变硫酸的浓度，不同浓度的硫酸有不同的性质。例如：稀硫酸具有强酸性，属于强电解质，可与比氢活泼的金属反应生成硫酸盐和氢气；而浓硫酸具有吸水性、强酸性（但它不能与比氢活泼的金属反应生成硫酸盐和氢气）、强脱水性、强氧化性以及难挥发性。

改变物体的柔性（或灵活性）程度•　通过硫化过程来提高天然橡胶的强度和耐久性。•　改变自行车轮胎的充气程度（柔性），来控制其与地面的接触面积。

改变物体的温度或体积：　低温麻醉是在全麻基础上用物理降温法使人体温度降至预定范围，旨在降低组织代谢及耗氧，提高器官对缺氧的耐受性。降温方法有体表、体腔及血流降温等法。低温麻醉主要用于需短暂阻断循环的心血管手术，应预防室性心律紊乱、呼吸功能不全、冷反射等并发症。　陶瓷烧制时颜色釉对温度的变化十分敏感（“窑变”），在不同的烧制温度下能呈现出不同的色彩，于是才有了色彩繁复、千变万化的瓷器。

改变对象的压力：　在烹饪牛肉的过程中，普通的制作方式难以使其熟透，通过高压锅，增加锅内部的压力以提高水的沸点，可以使牛肉得到充分的烹制，色香味俱全。

相变原理（phase transitions）

相是物理化学上的一个概念，它指的是物体的化学性质完全相同，但是物理性质发生变化的不同状态。在发生相变时，有体积的变化也有热量的吸收或释放，这类相变即称为“一级相变”（例如：在1个大气压0℃的情况下，1kg质量的冰转变成同温度的水，要吸收79.6Cal的热量，与此同时体积亦收缩。所以，冰与水之间的转换属于一级相变）。在发生相变时，体积不变且没有热量的吸收和释放，只是热容量、热膨胀系数和等温压缩系数等物理量发生变化，这类变化称为二级相变（例如：正常液态氦与超流氦之间的转变、正常导体与超导体之间的转变、顺磁体与铁磁体之间的转变、合金的有序态与无序态之间的转变等都是典型的二级相变的例子）。相变原理利用的就是相变过程中产生的各种效应，比如体积、辐射或热量吸收的改变等。：　氟利昂在冰箱制冷中的应用。低压气态氟里昂进入压缩机，被压缩成高温高压的气体氟里昂；气态氟里昂流入室外冷凝器，放出热量，冷凝成高压液体氟里昂；高压液体氟里昂通过节流装置降压变成低温低压气液氟里昂混合物；气液混合氟里昂进入室内蒸发器，吸收热量，变成低压气体，重新进入了压缩机；如此循环往复即可制冷。

热膨胀原理（thermal expansion）

加热时充分运用材料的膨胀（或缩小）特性：　在过盈装配时，先冷却对象内部件使之收缩，加热外部件使之膨胀，装配完成后再恢复到常温，这样内、外部件就实现了紧密装配。轴承、联轴器等与轴的联接常采用这种装配方式。

将几种热膨胀系数不同的对象组合起来使用：　双金属片传感器的工作原理是，将两种不同膨胀系数的金属材料贴合在一起，这样当温度变化时双金属片会因发生不同程度的膨胀而弯曲，由此做出温控装置，如火灾报警器等。

强氧化作用原理（strong oxidants）

用富氧空气取代普通的空气：　用双氧水消毒，利用其强氧化作用杀死细菌。

用纯氧取代富氧空气：　乙炔切割中用纯氧代替空气，纯氧可以使乙炔燃烧更完全，能够提高乙炔燃烧的热效率。

用离子化氧代替纯氧：　传统空气过滤（净化）器为吸附型，是采用活性炭或其他多孔介质对气体中的有害物质进行吸附，实现空气净化。过一段时间以后介质的吸附能力就会达到饱和，需要对它加热处理（专业上称为再生），把吸附材料中的污染物赶出来，使材料重新具有吸附功能。负离子型空气过滤器是利用高电压的电离作用使空气产生负离子，负离子和空气中的污染物相互作用，从而达到净化空气的目的。

用臭氧（臭氧化氧）代替离子化氧：　在水处理过程中，利用臭氧杀菌系统杀灭水中的细菌。　臭氧是一种强氧化剂，同时具有抗炎和镇痛的作用。将臭氧气体通过细针穿刺注射入椎间盘髓核内，可以使髓核组织细胞逐渐脱水、萎缩，从而使椎间盘突出物缩小，减轻对神经根的压迫而达到治愈的目的，是目前公认治疗椎间盘突出症既免开刀又具有良好疗效的最佳手段。