解题思路：有机合成材料必须具备三个条件：有机物、人工合成、高分子化合物．可分析选项的组成结合概念进行解答．
A、合金自行车架是由合金组成，属于金属材料；
B、陶瓷杯属于无机非金属材料，非有机合成；
C、实木沙发主要是木材制成，成分为天然纤维素，不是人工合成的；
D、塑料属于人工合成的高分子材料，所以用塑料制成的手机塑料外壳中的主要材料是有机合成材料．
故选D．
点评：
本题考点： 合成材料的使用及其对人和环境的影响．
考点点评： 本题考查对合成材料的概念的理解，要抓住合成材料是人工合成的有机高分子材料的定义进行判断．