1、海南大学材料科学与工程学系,姚遠,Email: ,第一章 概 论,一.课程简介 二.关于材料科学 三.关于环境材料的定义、起源 四.环境材料的研究内容、应用发展 五.环境材料的发展趋势,一.课程简介,环境材料是21世纪材料科学发展的最新趋势之一。环境材料学主要研究在材料加工和使用过程中如何减少对环境的破坏；建立定量的评价材料环境负担性的生态循环评估方法（LCA）；将环境负荷作为一个考核材料的新指标，用于指导开发具有环境意识的绿色材料和产品；把生态平衡、环境保护、可持续发展等学科知识融入材料科学，保护自然，造福人类。,2.主要内容：,1)，概述：介绍环境材料的定义、起源、研究内容、应用及其发展趋
2、势等；2)，材料与环境：讲授材料加工和使用对资源和环境的影响；3)，材料的环境影响评估：介绍材料的环境指数；生态循环评估方法(LCA)在环境材料研究中的意义和作用；常用的LCA理论模型及数学方法；LCA的指导原则和应用；环境材料数据库等；,2.主要内容：,4)，环境材料的设计：介绍环境材料的设计理论；可持续发展理论；材料流分析方法；以及工业生态学等；5)，材料的环境友好加工技术：介绍与材料加工有关的环境友好工艺；清洁生产技术；再资源化及资源保护技术等；6)，纯天然材料：介绍与环境相容的一些纯天然材料如木材、石材等；特别是木材的化学结构、木材的表面和整体改性、细微复合处理等.,7)，仿生物材料：
3、介绍材料的生物性能及其生物相容性；仿生材料的成分、结构及性能等；生物材料及其仿生组织工程材料的种类和制备技术等； 8)，环境兼容性包装材料：讲授用于日用品及食品工业常用的环境兼容性包装材料的类型；日用绿色材料的评价方法；环境兼容性包装材料的开发理论和发展趋势；,2.主要内容：,9)，环境兼容性涂层材料：讲授环境兼容性涂层材料的开发原则、研究现状和发展趋势；环境兼容性表面处理理论和工程技术等；10)，环境降解材料：介绍材料的环境降解机理；环境降解材料的类型；重点讲授环境降解型有机高分子材料的应用现状和发展趋势；,2.主要内容：,11)，环境工程材料：介绍常用的环境净化材料；环境修复材料；环境替代
4、材料等环境工程材料的类型、应用、选材原则及其发展趋势；,2.主要内容：,3.课程要求：,通过本课程学习，理解环境材料学的基本内涵，特别是材料与环境相互影响和相互制约的基本知识；了解研制和开发环境兼容性材料的基本方法及设计原则；学习如何评价材料的环境负担性的LCA方法；并对环境材料的类别和发展有所掌握。,本课程将采取书面课程报告与期末考查（口试笔试）相结合的考核方式。,4.考核方式,二.关于材料科学,什么是材料科学？What is MSE? MSE是Materials Science and Engineering的缩写，即材料科学与工程。顾名思义，我们研究各种材料：金属、陶瓷、高分子材料（比如
5、塑料）、半导体以及复合材料。这些都是材料科学研究的领域。下面让我们具体看看。,1.什么是材料？,首先，那些是材料呢？很简单，向四周看看，你看到了什么？我们穿的衣服是由各种材料制成的。我们的宿舍是由各种材料建成的（大部分是人工合成的）。窗户上的玻璃，吃饭用的碗、勺子，我们无论像那儿看都是由各种材料制成的。大部分产品都是有多种材料制成以满足一定的需要。一般材料可以分成一下几类：,金属:金属中含有大量可以自由移动的电子。因此金属是热和电的良导体。此外金属具有良好的强度与延展性以及金属光泽。 陶瓷:陶瓷通常由金属与非金属元素化合而成，一般含有氧化物、氮化物与碳化物。陶瓷一般都是绝缘体而且比较耐热。 高
6、分子化合物：通常是基于碳、氢的有机化合物。他们的分子结构都非常巨大。通常密度较低，在高温下不稳定。,半导体：半导体在电学性能上有介于导体与半导体之间的性能。这些性能极大的取决于其中所掺的杂质。 复合材料：有多种材料符合而成。玻璃纤维，有玻璃与聚合体组成，是一个例子。混凝土和聚合板是另一些常见的复合材料。许多新材料包括陶瓷、光纤材料都是复合材料。 上面这些解释非常通俗，不能完全覆盖材料科学的领域，也不能完全说明材料科学家的研究领域。比方说，冶铁的历史并不是人们通常想象的那样-它的金属本性使它坚硬。实际上，铁的性能如此重要是因为我们可以通过加热与冷却来改变它的性能。改变材料的特性或行为使它变得更有
7、用，这就是材料科学的核心！,2.材料科学的研究领域,材料科学：未来最令人激动的事业 我们时常提醒自己，我们生活的世界资源是有限的，而我们的生活又如此依赖各种材料。我们看到的和用到的每样东西都是分离自地球上的物质：汽车、飞机、电脑、电视、盘子甚至还有人造关节。 所有这些需要根据应用来量体裁衣。通过精确选材，精密的控制人工制造流程才能最终把原材料转化为工程产品。实际上现在许多新产品的发明都依赖于新材料的发明。,21世纪中，新技术的发展将继续改变我们的生活，材料科学家们将在其中发挥重要作用。他们将研究出更多具有特殊性能的材料。他们的研究领域涵盖原材料生产、回收以及为最终产品设计可靠的材料。航空、运输
8、、电子、能源转化、生物工程都是新材料应用最活跃的领域。,为什么说材料科学是未来最令人兴奋的学科呢？因为材料领域为我们的创新与改进提供无限的机会。当我们把焦点放到发展金属、陶瓷、高分子、复合材料时，我们才认识到这些材料可以满足如此之多的特殊要求。这项工程从原子量级开始，元素间有数百万种可能的组合。这些性能最终反映到宏观量级上，应用在像石墨钓鱼杆，以及桥梁、建筑物等等。 超导体 越来越多的新材料被发现，材料科学对我们的生活影响越来越大。材料科学在工业及全球经济中扮演着重要的角色，我们必将在材料时代中发挥更大的作用,3.这就是材料科学！Thats MSE!,有不少材料可用于制作自行车骨架。通常大规模
9、生产使用铬钼合金掺铬的钢价钱便宜而且能较好的防锈。尽管铝合金也逐渐用于自行车生产，但那些“自行车发烧友”（尤其是口袋里很有钱的那种）的首选是钛合金。 钛合金的应用场合很特殊。通常用于需要抗腐蚀，耐疲劳，高弹性的场合比如用于制造弹簧。现在我们用它来制造自行车。一些设计师相信自行车的结构既要具有足够的强度又要有足够的韧性，这样才能骑起来既稳固又舒适。,4.生活中的材料科学钛结构自行车,一日三餐是我们谁也离不开的，不过在我们享受美食的同时往往忽略了一件事：保护我们的牙齿！现在填补龋齿的方法及材料已经比较成熟。1832年以来美国牙科协会一直使用专用的汞合金，它通常有下列材料组成： 50% Hg 汞 2
10、0% （最少） Ag 银 15% （最多） Cu 铜 15% （最多） Sn 锡 (均为质量百分数） 最近有一些病人抱怨口腔中发生的电化学反应会导致金属合金的分解。,生命科学材料,解决方案之一就是开发填补龋齿的新材料。过去十年以来我们已经开发出一种可以满足需要的新型陶瓷。口腔中特殊的物理及化学环境对置入其中的材料是一个严峻的考验。具体来讲，它需要满足下列要求： 耐口腔中的酸； 低热导率（这对你吃冷饮有好处）； 尽得住数年的咀嚼力； 耐骤冷骤热； 当然还要口感舒适。,航空材料,合金中的微量元素虽然很少（少到只占总质量的0.001-0.035%），但使合金性能的改观非常显著。材料的主要性能取决于母
11、体，加入的元素包括碳、硼、硫、铅、锆以及磷等等。这些附加成分将改善金属的物理及机械性能强度、耐力、使用寿命。 在飞机发动机中一种掺镍化合物称作718合金广泛的用于压缩机和涡轮部件。这种合金由Icon国际公司于30年前开发，其后，材料科学家们有改进了它的成分及制作工艺。比如说，适量掺镁客增加其热延展性，三次熔炼法可改善其纯度。 当然，并不是所有的微量元素都是有益的。比如说，在718合金中，磷是有害的，其含量必须得到控制。如果磷、碳、硼的含量超标，材料的耐压抗断裂性能将受到影响。,机身通常有许多种材料制成。历史上机身几乎无一例外的由铝制成，用钢加固关键部位，如发动机衬里和起落架。自从喷气发动机使用
12、以来，钛用于抵御机身的高温。钛之后是更高级的复合材料，通常是碳、硼纤维及环氧化合物。这种复合材料非常轻，可以在某特定方向上增加强度（用于特殊目的）。今天的飞机就是使用这种化合物而且还在随着新材料的诞生而不断发展。当为飞机部件选择材料时，设计师要时时考虑“权衡”，也就是要选择重量最轻而强度也要满足一定要求，此外还要考虑预算的问题。,复合材料,汽车由于种种原因在不断发展：燃料短缺，空气污染，全球危机所有这些都迫使政府对汽车行业加以控制。但是一些汽车制造商已能依仗自力，主动参与到革新重。福特2000与西纳给2010这两款由材料工程师设计的汽车将成为未来交通工具。材料科学领域给推进系统（包含内燃，气体
13、涡轮机，及燃料电池等混合电气系统）带来发展。铝合金工艺及低阻缆线等领域的进展将使未来汽车行驶的更远，热耗减少，噪音也将比现在的汽车更小。,未来汽车,一百多年来，钢铁一直是汽车工业的基础。你也许会说这已经没什么好发展的了，不过，你错了！图片是几卷高强钢。这类金属将是未来汽车的中坚力量。近来，钢铁工业已经开发出一种汽车用钢，比原先的轻24%，而强度高34%。 新型钢材的优点是： 高撞击能量吸收率； 高强度-质量比； 实用新型制造工艺； 可以有多种不同性能(寿命、防锈等）。,超级钢,轮胎,取代传统轮胎，一家制造公司开发出一种经久耐用的新型轮胎，可以和钢或铝制轮胎一决高下。这种轮胎的优点可不仅仅是时髦
14、漂亮，聚酯材料提供了优良的抗腐耐磨性能，可以有效的抑制化学物对轮胎的侵蚀。,材料科学的历史,三.关于环境材料的定义、起源,从材料的生产-使用-废弃的过程来看，可以说是将大量资源提取出来，又将大量废弃物排回到自然环境中的循环过程，人类在创造社会文明的同时，也在不断的破坏人类赖以生存的环境空间。传统的材料研究、开发与生产往往过多的追求良好的使用性能，而对材料的生产、使用和废弃过程中需消耗大量的能源和资源，并造成严重的环境污染，危害人类生存的严峻事实重视不够。作为人类社会和经济发展物质基础的材料将来应该以怎样的模式发展下去?材料工作者都在 认真思考、探索这个问题，而且，我们也相信材料学科科学技术的发
15、展使人们有能力解决材料设计、生产、使用、废弃、回收全过程的环境问题。,国际材料界在审视材料发展与资源和环境关系时发现过去的材料科学与工程是以追求最大限度发挥材料的性能和功能为出发点，而对资源、环境问题没有足够重视，这反映在1979年美国材料科学与工程调查委员会给“材料科学与工程“所下的定义：“材料科学与工程是关于材料成分、结构、工艺和它们性能与用途之间的有关知识的开发和应用的科学。“这一传统的材料四要素体系没有充分考虑材料的环境协调性问题，或者说环境协调性在当时还没那么尖锐突出。,三.关于环境材料的定义、起源,在20年后的今天，我们认为在理解上述定义的内涵时应予拓宽乃至修订补充，应该更明确地要
16、求材料科学与工程工作者认识到： 在尽可能满足用户对材料性能要求的同时，必须考虑尽可能节约资源和能源，尽可能减少对环境的污染，要改变片面追求性能的观点； 在研究、设计、制备材料以及使用、废弃材料产品时，一定要把材料及其产品整个寿命周期中，对环境的协调性作为重要评价指标，改变只管设计生产，而不顾使用和废弃后资源再生利用及环境污染的观点；,三.关于环境材料的定义、起源, 这个定义的拓宽将涉及多学科的交叉，不仅是理工交叉，而且具有更宽的知识基础和更强的实践性，不仅讲科学技术效益、经济效益，还要讲社会效益，把材料科学技术V业的具体发展目标和全球、各国可持续发展的大目标结合起来。,三.关于环境材料的定义、
17、起源,生态环境材料正是在这样的背景下提出来的，是20世纪90年代国际上材料科学与工程发展的最新趋势之一，这已在世界各国达成共识，并已逐渐兴起了全球性的生态环境材料的研究、开发和实施热潮。这是时代赋予我们的义不容辞的历史责任，是人类社会进步到一定时期的自然产物，是时代的需求。生态环境材料应是同时具有满意的使用性能和优良的环境协调性，或者是能够改善环境的材料。所谓环境协调性是指对资源和能源消耗少、对环境污染小和循环再生利用率高。生态环境材料的研究进展将有助于解决资源短缺、环境恶化等一系列问题，促进社会经济的可持续发展。另外，生态环境材料的研究还与政治、经济、贸易等领域的国际竞争相联系，如许多发达国
18、家已将环境保护列入贸易往来的条件，环境问题已直接关系到我国履行国际公约的责任和义务。,三.关于环境材料的定义、起源,这类材料对资源和能源消耗少、对生态和环境污染小、再生利用率高或可降解化和可循环利用，而且要求从材料制造、使用、废弃直至再生利用的整个寿命周期中，都必须具有与环境的协调共存性。因此，所谓生态环境材料实质上是赋予传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料，它是由材料工作者在环境意识指导下，或开发新型材料，或改进、改造传统材料所获得的。我们之所以强调它并非仅特指新开发的新型材料，并不是排它的新材料体系，是因为实际上任何一种材料只要经过改造达到节约资源并与环境协调共存的要求，它就
19、应视为生态环境材料。,三.关于环境材料的定义、起源,这种定义、概念有助于调动更广大的材料工作者的积极性，鼓励和支持他们结合本职工作，对量大面广的材料产品进行生产技术改革，实现节能、降耗和治理污染的目的。生态环境材料与量大面广的传统材料不可分离，通过对现有传统工艺流程的改进和创新，以实现材料生产、使用和回收的环境协调性，是生态环境材料发展的重要内容。同时，要大力提倡和积极支持开发新型的生态环境材料，取代那些资源和能源消耗高、污染严重的传统材料。还应该指出，从发展的观点看，生态环境材料是可持续发展的，应贯穿于人类开发、制造和使用材料的整个历史过程。其实生态环境材料是材料发展的必然结果，其概念是发展
20、的，也是相对的，还需进一步研究和探讨。,三.关于环境材料的定义、起源,从生态学角度看，材料发展大体经历以下几个时期： (一)原始生态材料时期 原始社会是人类社会最漫长的时期,这一时期人口稀少，主要以天然资源为衣、食、住、行的使用材料，人类的行为是利用自然界的物质资源，以生活活动和生理代谢过程与生态环境进行物质和能量转换，很少有意识地改造自然，从获取资源的质量和数量角度看，属于原始生态模式， 对自然生态系统基本不造成危害。,发展简史,二)准原始生态材料时期人类在开始进入农业时代时，农业社会人口虽有增加，但使用材料依然以天然资源和人工栽培、饲养的生物为主要原料。人类逐步摆脱对自然界的依赖，利用和运
21、用自然资源改善自己生存和生活水平的能力逐渐提高，出现了陶瓷、冶金业，人类只能制造与使用对自然资源进行粗浅加工的材料，以提高生活质量，并且总体来说生产规模也不大，虽然生态系统个别组元有短暂的扩张，但生态系统整体仍然可以长期维持。,发展简史,发展简史,二)准原始生态材料时期人类在开始进入农业时代时，农业社会人口虽有增加，但使用材料依然以天然资源和人工栽培、饲养的生物为主要原料。人类逐步摆脱对自然界的依赖，利用和运用自然资源改善自己生存和生活水平的能力逐渐提高，出现了陶瓷、冶金业，人类只能制造与使用对自然资源进行粗浅加工的材料，以提高生活质量，并且总体来说生产规模也不大，虽然生态系统个别组元有短暂的
22、扩张，但生态系统整体仍然可以长期维持。,发展简史,(三)非生态材料时期 18世纪，人类进人工业文明时代，人与自然生态系统关系有了重大历史性转折，工业化社会随人口激增而迅速发展，现代物质文明提高，人类活动领域扩大到地球每一个角落，材料发展成大规模生产，大量开采地球上的各种资源，大量使用和消费，大量排放人类所不熟悉，难以降解、同化和忍受“三废“。这个时期有明显的阶段性。20世纪50年代，世界人口增加到16亿，世界能源消费量从世纪初10亿吨煤当量猛增到25亿吨煤当量，石油的消费量已增至5亿多吨，并在能源中所占比例加大，环境污染日趋严重，但主要出现在发达国家，资源、能源的流动只限于局部地区，污染的来源
23、尚不复杂。进入80年代，资源、能源变成世界性大流动，生态环境破坏扩展到全球，例如“温室效应“、臭氧层破坏和酸雨，污染源分布广、来源复杂，生态环境的破坏已经威胁到全人类的生存和发展。人类利用和改造自然的形式空前地复杂和多样化，大肆改造自然，生态系统主要是产业活动，使总体流动增大。社会的增长方式呈指数规律，若增长率为7，则倍增期为10年。地球所能提供的能源和资源、所能容纳的环境污染物及所能供养的人口都是有限的，无限的增长方式将导致自然生态系统崩溃。材料的大量生产、消费、废弃与自然生态系统出现了尖锐的矛盾，按生态学法则，这些因人为而引起的变化都对“社会-经济-自然复合生态系统“造成破坏。,(四)生态
24、材料时期经过工业化社会，尤其后工业化社会的发展，人类对人与自然关系进行重新认识思考。以史为鉴，认识到材料持续发展的出路在于材料应以“社会经济自然生态效益“的统一为着眼点，人类不能无视客观的自然规律随意地处理自然。人类社会是整个自然生态系统中的一个子系统，其活动应当(包含材料生命周期的活动)参与自然生态的动态运动，一方面破坏大自然中旧的平衡，另一方面又建立有益于人类的新的平衡，应当使对生态系统的冲击和干扰限制在其再生循环能力和自净能力的合理限度内。随着材料的使用范围和生产规模不断扩大，生态环境依然得到保护，并追求人类与生态系统的长远效益。面向新世纪，在生态系统内部，材料的循环将进化成一种更有效的
25、运转模式，对外部支持系统有较小的破坏作用，使传统的材料工业转变成生态材料工业，进人材料工业可持续发展。,发展简史,研究内容广泛 1.材料的环境负荷评价方法（LCA）和标准(ISO14000)的建立 2.环境协调性材料和产品的研究及开发,四.环境材料的研究内容、应用发展,材料的环境负荷评价方法（LCA）和标准(ISO14000)的建立生态环境材料不仅是一个具体的材料研究与开发的问题，也是一个材料科学与工程学领域的问题，它的研究与开发涉及自然科学与社会科学问题，涉及多学科知识基础问题，涉及对一代一代材料工作者的资源、环境观念和意识的教育与培养问题等。因此，要求对这一新概念、新领域开展深入的基础研究
26、，使其成为指导生态环境材料研究开发及发展相关技术的基础。,四.环境材料的研究内容、应用发展,开展对材料、产品及其生产、制备、使用直到废弃整个寿命周期或某个环节的环境负荷评估研究，是改造乃至淘汰该材料、产品或生产工艺的基础性工作，是世界各国研究的热点。但是，国际上关于 LCA的方法及应用尚有许多局限性，关于LCA的数学物理方法，关于材料的环境负荷的表征及其量化指标，关于LCA的评价范围及生态循环的编目分析，关于材料生产和使用过程的环境影响评估、环境改善等还有许多基础性研究工作要做。同时，根据IS014000标准中第五部分关于LCA的讨论稿，开展环境协调性评估的示范性研究，选择有代表性的一些材料，
27、从其生产、制备工艺(包括原材料的采集、提取、材料的制备、制品的生产)、运输等方面进行资料收集、分析和跟踪；获取材料性能，工艺网络，材料流向，能源消耗，废弃物的产生、种类、数量和去向等基本数据；研究其环境负荷的表征及评价方法，给出各工艺和使用环节对环境的影响以及再生的资源核算体系。对加强生态环境材料的基础理论研究，开发新的生态环境材料具有重要指导意义。,四.环境材料的研究内容、应用发展,通过对LCA评价方法的学习和示范性研究，为制定材料的环境负荷评估标准提供基本数据和范例。研究材料的环境负荷评价标准，推动IS014000标准化进程，也是中国材料科学工作者努力的目标。由于各国的地理、资源、工业结构
28、、技术水平间存在很大差异，因而研究中国自己的基础数据库和开发相应的软件成为我们的重要研究内容和主要研究方向之一。国家“863“计划中已立项研究，建立金属材料、无机非金属材料、高分子材料中典型材料的环境负荷的基础数据库，并开发相应的软件。通过建立泛环境函数，引人材料的环境负荷概念和双指标体系，提出具体的评价方法和模型。通过国“863“计划等支持，建立中国的材料环境协调性评价中心CCMLCA，对社会开放服务。,四.环境材料的研究内容、应用发展,材料的生态设计、可循环再生设计、产品可拆卸设计 材料在设计阶段就对材料整个生命周期进行综合考虑，即减少原料使用量，尽可能使用可再生原料，尽可能使用再生原料，
29、生产和使用过程能耗低，使用后易于回收、再利用，使用安全、寿命长。IS014021-99环境标志和环境宣言对“可拆卸设计“定义为“产品设计的一种特性，可使该产品在其有效寿命终结时以一种允许其零部件再使用、再循环、能量回收、或以某种方式由废物流转移的方式进行拆除“。,四.环境材料的研究内容、应用发展,材料的清洁生产清洁生产是生态材料在工业生产中的具体落实。在生产过程中将综合预防的环境策略贯彻其中，减少对人类和环境的危害。清洁生产包括节约原材料和能源，消除有毒原材料，使用再生原料，生产过程排放物和废弃物尽可能减少其数量和毒性，并减少材料的整个生命周期对环境的危害。,四.环境材料的研究内容、应用发展,
30、生态材料物质流和能流循环再生及相关技术 由于资源的有限性和环境容量的有限性，21世纪的材料应当是可循环再生的。 包括以下两个方面: 开路技术 以可再生资源为主的循环技术，人工模拟技术，例如生物合成，天然材料复合技术，恒定性资源的利用。 闭路技术 以不可再生资源为主循环技术，包括可再生材料设计，回收技术，代用技术等。,四.环境材料的研究内容、应用发展,传统材料的生态化及其相关技术传统材料在现代国民经济中占有主要位置，是现代文明基础，处于大量生产、大量消费中，长期以来由于人们认识的滞后，造成生态环境恶化，所以如何降低环境负载，无疑是重要的研究课题。 生态化及其技术包括如下几点：,四.环境材料的研究
31、内容、应用发展,采用新工艺、新技术，提高资源、能源效率； 提高材料寿命有关技术，IS014021-99环境标志和环境宣言对“寿命延长的产品“定义为“根据寿命提高或某种质量改进的特征，使资源使用减少或废弃物减少而延长使用时间的产品“。提高材料寿命无疑也是延长材料的生命周期，材料寿命与资源使用量和废弃物排放量存在内在联系，材料寿命与固体废弃物排放总量成反比，资源消耗和其他废弃物排放也是同样道理，所以研究提高材料使用寿命是材料生态化重要课题。,四.环境材料的研究内容、应用发展,生产过程尽可能使用循环再生材料技术，IS014021-99环境标志和环境宣言对“再循环材料“定义为“通过一个制造过程由回收的
32、材料加工而成并制成最终产品或构成一种产品的一部分的材料“。对“回收的材料“定义为“本来会当做废弃物处置，或用于能量回收的，但没有这样做，而是作为一种材料输入被收集起来和回收，代替新的主要材料，用于再循环或制造过程的材料“。使用循环再生材料是多种废弃物预防策略之一，使用循环再生材料也应 考虑对材料质量的内在联系。 生产过程无三废排放技术(zero-emission)； 使用容易后处理的代用材料技术(refine)； 尽可能减少材料生命周期各阶段排放的废弃物技术(reduce)； 材料生命周期各阶段排放的废弃物能得到有效利用技术(recycle)； 材料能够再重新使用技术(reuse) 回收材料经
33、过简单处理可以重新使用，例如某些包装、部件，是材料生态化最佳方式之一，但非无限制循环，因为与材料寿命和质量存在内在联系。,四.环境材料的研究内容、应用发展,材料生命周期各阶段排放的废弃物能得到有效利用技术(recycle)； 材料能够再重新使用技术(reuse) 回收材料经过简单处理可以重新使用，例如某些包装、部件，是材料生态化最佳方式之一，但非无限制循环，因为与材料寿命和质量存在内在联系。,四.环境材料的研究内容、应用发展,新型生态材料及其相关技术材料的再生循环并不是达到环境负载低的惟一途径，所以新型材料也应当包括可循环再生以外的降低环境负载的贡献材料和技术，如前述广义生态材料中的系统 因素
34、型、直接处理型生态材料。新型生态材料及相关技术如下。 环境修复和净化材料； 根据环境和使用条件变化，自我调整，自行恢复和修复，延长寿命的智能材料；,四.环境材料的研究内容、应用发展,超导材料，导电性是铜丝的1200倍，没有电阻，无疑节省了大量资源和能源； 纳米技术和材料，纳米技术的发展，通过精确地控制原子或分子来生产产品，将实现清洁生产，不产生废物和副产品，可实现产品高强度、长寿命。可使产品小型化、省能、省资源。 仿生材料是生态材料研究方向之一，天然材料经过亿万年演变进化，形成奇妙多彩的功能原理和作用机制，能够和谐地存在于生态系统中，所以具有天然的生态合理性，仿生材料就是从天然材料寻求启迪和模
35、拟制造出新型生态材料。,四.环境材料的研究内容、应用发展,环境材料在我国的发展前景,在我国目前和未来的相当一段时期内，生态环境材料的研究应分为几个层次，主要有：全民特别是材料界的观念意识改变(如宣传和教育问题)；宏观上的国家行为(如立法、立规等问题)；国家就有关生态环境材料的科学计划问题(包括基础研究、高技术研究、攻关等科技和经济发展计划，都需支持生态环境材料的发展)；在教育、学科建设等方面，要培养交叉学科人才；建立相应的组织和学术团体，加强生态环境材料方面的交流合作等。近年来，我国已实施了原国家教委的重点基金项目和“863高技术项目以及国家自然科学基金等项目，开展生态环境材料学的应用基础研究
36、。我国材料科学工作者已对生态环境材料学及其相关的以下几方面问题展开了广泛研究，努力探索和认真研究制定适合中国国情的材料可持续发展的行动计划，并在政府的支持与指导下逐步实施。,环境材料在我国的发展前景,总之，关于生态环境材料的以下几点已为世界公认：材料的环境性能将成为21世纪新材料的一个基本性能；到21世纪，结合IS014000标准，用LCA方法评价材料产业的资源和能源消耗、三废排放等将成为一项常规的评价方法；结合资源保护、资源综合利用，对不可再生资源的替代和再资源化研究将成为材料产业的一大热门；各种生态环境材料及其产品的开发将成为材料产业发展的方向。,环境材料在我国的发展前景,生态环境材料作为
37、一门新兴的交叉学科，在保持资源平衡、能量平衡和环境平衡，实现社会和经济的可持续发展，将环境性能研究融人下一世纪所有的新材料开发，完善材料环境协调性评价的理论体系，开发各种环境相容性新材料及绿色产品，研究降低材料环境负荷的新工艺、新技术和新方法等方面将成为21世纪材料科学与技术发展的主导方向。,金属材料,金属在当今人类使用的材料中仍占主导地位。世界钢产量在2000年达8.43亿吨，我国达1.28亿吨，居世界第一；目前世界上铝、铜、锌、铅、镍、镁、钛、锡、锑、汞等10种常用有色金属的年总产量为5500万吨，我国为775万吨，居世界第二位，其中铝289万吨，铜137万吨，锌195万吨，铅105万吨。
38、 各种有色金属材料有其自身独特的性能和功能，其用途各异，有色金属所组成的各类合金、品种、数量令人眼花缭乱，它深入到几乎所有领域，成为不可缺少的材料。其中例如：铝及铝合金是一类需求量大、应用面广的基础材料，是非常重要的战略金属，广泛用于航空、航天、交通运输、建筑、电力、电子等行业，在国民经济和国防建设中具有十分重要甚至不可替代的作用。航空、航天器结构的50%70%是铝材；为节约能源和提高效率，汽车和列车等运载工具的轻量化和高速化更离不开高性能铝合金；轻量化是提高武器装备作战性能的主要方向，轻质高强铝合金是不可缺少的结构材料。铜及铜合金由于优异的导电、导热性和出众的抗蚀性及易加工性，而使之保持为最
39、有商业价值的金属材料之一，广泛用于电力行业，热交换领域，以至装饰艺术领域。,无机非金属材料,无机非金属材料也简称无机材料，是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料，是除高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料是20世纪40年代后，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的，已与高分子材料和金属材料并列为经济建设中的三大材料。在晶体结构上无机非金属材料的元素结合力主要为离子键、共价键或离子-共价混合键。这些化学键的特点是高的键能、键强，它们赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧
40、化性等基本属性，以及宽广的导电性、铁磁性和压电性。由于组成和结构的特点，使无机非金属材料性能具有多样性，用途广泛。就总量而言，无机非金属材料生产量和使用量最大，在国民经济和高新技术领域占有重要地位。无机非金属材料在制备过程中一般要经过高温过程，是能源消耗大户。对无机非金属材料进行生态化改造，开发低能耗、少污染的材料技术，对于环境保护十分有意义，也是生态环境材料研究的重要内容。,生物资源材料,目前，全球一年生产大约2亿吨高分子材料，各种塑料、橡胶和合成纤维的广泛应用对世界经济已产生巨大影响。高分子科学是一门年青的学科，但高分子材料已对人类的生存、健康与发展作出了重大贡献，预计其产品还将成倍增加。
41、然而，面对不可再生石油资源的枯竭和非降解塑料引起环境日益恶化的今天，本世纪将逐渐走向脱离石油资源而立足于可再生资源的“新高分子化学”体系。利用可再生资源（renewable resource）代替广泛使用的石油是保护环境的一个长远的发展方向。在地球上，太阳是能量流动的源泉，绿色植物利用太阳能进行光合作用，提供的生物量每年约有1 550亿吨干重物质，可固定五千亿吨有机碳，它是石油、煤炭、天然气总量的20倍。在自然界中可再生资源最为丰富，能年复一年地繁衍生息，具有很强的再生性，其实质就是太阳能的转化与利用。纤维素、甲壳素、淀粉以及植物蛋白质等是地球上最巨大的再生资源高分子。从资源的可持续利用、保护
42、环境和生物体系亲和性与生物分解性特点出发，人们对于可再生的天然素材的利用寄托了新的期望。由此以可再生资源高分子为原料合成环境友好材料的研究与开发日益引人注目。可以相信，不久的将来可再生资源将成为主要化工原料，人类社会的经济发展也将从必然王国走向自由王国。,环境污染控制材料,关于环境工程材料，一般指在防止、治理环境污染过程中所用到的一些材料。针对积累下来的污染问题，开发门类齐全的环境工程材料，对环境进行修复、净化或替代等处理，逐渐改善地球的生态环境，使之朝可持续发展方向前进，是生态环境材料应用研究的一个重要方面。常见的环境净化材料有大气污染控制材料、水污染控制材料、固体污染控制材料以及其他污染控
43、制材料等。大气污染控制材料一般有吸附、吸收和催化转化材料。水污染控制材料有沉淀、中和、以及氧化还原材料。其他的环境净化材料有过滤、分离、杀菌、消毒材料等。另外，还有减少噪音污染的防噪、吸声材料，以及减少电磁波污染的防护材料等。环境修复指对已破坏的环境进行生态化治理，恢复被破坏的生态环境。常见的环境修复材料有防止土壤沙漠化的固沙植被材料，二氧化碳固化材料，以及臭氧层修复材料等。常见的环境替代材料有替代氟里昂的致冷剂材料，工业和民用的无磷化学品材料，工业石棉替代材料，以及其他有害物如水银等替代材料。还有，那些环境负荷较大的建筑材料，如铝门窗替代材料等。另外，用竹、木等天然材料替代那些环境负荷较大的结构材料事实上也属于环境替代材料的一类。,Thnaks you !,谢谢你,
