材料主要包括金属材料、有机材料、无机材料、复合材料和纳米材料几大类。新材料的研究水平是高科技创新的关键。在电性能(蓄能)、耐高温、耐磨、高硬度、高强度等材料功能性方面，无机材料无疑担当着不可替代的重要角色。

    谈到无机材料研究，若想有所建树，两种技能不可或缺：一是对元素周期表的认知;二是对科研方法的理解及运用。所谓材料研究，就是将元素周期表中的某些元素，在特定的条件下组合成新材料;并依据材料的性能要求，求取材料最优规律的过程。无论研究哪类材料，元素周期表的宏观指导意义都是巨大的。

    在无机材料研究中，由于材料多为氧化物、氮化物或碳化物，因此材料的合成条件多为氧化，或保护性气氛条件。在进行试验设计时，可以将以下变量作为因素在研究中系统地加以考虑：一是考虑同一族物质(相同价态，如正二价、正五价等)，特别提示相同价态元素都存在于两个族列;二是考虑同一族物质中的不同个体;三是考虑不同价态物质间的相关关系;四是考虑原材料的来源形式(如不同的化合物)，五是考虑原材料的纯度、细度、产地等;六是考虑合成条件，如原料的预处理、混合方式、煅烧条件(温度、压力、气氛)等。

    从以上分析可知，无机材料系统研究所涉及的变量，都不少于十几到几十个，而且变量之间存在大量的交互关系。因此，无机新材料研究的试验设计，成了新材料研究的核心内容。传统的经验方法，不足以找到复杂体系的最优答案。

    运筹学中的正交试验设计是一个比较好的试验设计方法。它是多因素、多指标系统研究的一种高效能工具，现在理工科大学都会开设这门课程。但从大量的科技论文中可知，运用该方法从事新材料研究的人并不多。绝大多数论文还是单因素的研究报告，系统运用数学方法进行研究的极少。究其原因不是他们没有尝试过，而是尝试后得不出可靠的结论，最终放弃数学方法转而采用经验方法。

    数学方法最终未被研究者采用有两个根本原因：一是现有的正交试验设计本身存在缺陷。“正交”，顾名思义是坐标垂直，变量间相互独立，不存在交互关系(相关关系)。但实际情况是变量间存在着普遍的交互关系，它是一种常态;而变量间不存在交互关系只能是一种极为特殊的状况，不具代表意义。在陶瓷工艺学课程里讲到一个例子：考察氧化硅和氧化铝对釉面质量的影响，其中氧化硅为横坐标，氧化铝为纵坐标。在坐标图中，靠近氧化铝坐标附近的区域为无光;靠近氧化硅坐标附近的区域为乳浊;而中间夹角区的釉料光泽透明。这说明氧化硅和氧化铝在对釉面质量的影响中存在交互关系，即当氧化硅取某一值时，氧化铝有一相对应的取值范围。若以直角坐标系对结论进行描述：如氧化硅在3-12mol，氧化铝在0.3-2.5 mol的范围内，釉料光泽透明。显而易见该结论有问题：坐标边角区的情况与结论不符合，即正交体系在因素间存在交互作用时，表述结论存在问题(不完整)。解决此问题的办法可通过坐标变换，引入新的坐标(如角坐标系统)。二是数据分析问题。采用数学方法设计的系统试验，样本数据间存在高度关联性，即存在可计算性。实际情况中会遇到样品(或数据)丢失;或数据不能获得(不能测试或无法数据化)，导致信息不能进行运算而得不到结论。

    科研的竞争，更深层面上是科研方法上的竞争。磨刀不误砍柴工，让我们用理性的思维去看待科研活动，在方法学上多下功夫，以求高效率并获得好结果。