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1、浅谈环境与材料的关系浅谈环境与材料的关系 主要内容一、选题背景二、环境与材料现状三、举例分析四、结论五、致谢一、研究背景 材料是推动社会文明进步的车轮，是社会发展的重要标志。当代社会所使用的材料、能源日益增多，其结果给环境带来的压力越来越大，对环境造成的污染越来越严重。如何既能很好的使用材料、能源，又不会给环境带来灾难，这就需要研究环境、材料、社会之间的关系，充分利用材料，从而推动人类社会可持续发展的战略目标进程。材料、环境的定义材料、环境的定义材料的属性：材料的属性：传统材料四要素：即成分、结构、工艺和性能之间呈现一定规律性；传统材料四要素：即成分、结构、工艺和性能之间呈现一定规律性；具有可
2、使用性，可满足社会经济的各种需要；具有可使用性，可满足社会经济的各种需要；具有经济性，通常以人们可承受的器件的价格来衡量。具有经济性，通常以人们可承受的器件的价格来衡量。材料必须与人类生存和发展关系极其密切的环境相适应。材料必须与人类生存和发展关系极其密切的环境相适应。中华人民共和国环境保护法中华人民共和国环境保护法中所称的环境：中所称的环境：是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、
3、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。”即以人类社会为主即以人类社会为主体的对外部世界的总体。体的对外部世界的总体。环境现状及预测2020世纪初难题还不十分突出，主要是局部的污染和废弃物；世纪初难题还不十分突出，主要是局部的污染和废弃物；2020世纪世纪9090年代：危及全人类的生态环境和健康的突出方面是全球气候变年代：危及全人类的生态环境和健康的突出方面是全球气候变暖、沙漠化、臭氧层破坏和食物短缺等；暖、沙漠化、臭氧层破坏和食物短缺等；2121世纪人类所面临的三大难题，即人口膨胀、资源短缺和环境恶化。世纪人类所面临的三大难题，即人口膨胀、资源短缺和
4、环境恶化。20502050年：地球上人口将达年：地球上人口将达100100亿左右，许多矿物资源将面临枯竭；亿左右，许多矿物资源将面临枯竭；20702070年：石油与天然气资源将枯竭，那时人类的能源结构将发生观念性年：石油与天然气资源将枯竭，那时人类的能源结构将发生观念性的变革；的变革；21002100年：人口增长到地球难以承载的能力，同时海平面将上升，气候变年：人口增长到地球难以承载的能力，同时海平面将上升，气候变暖将更突出。暖将更突出。材料加工、使用过程中的资源消耗资源消耗分为直接消耗和间接消耗：资源消耗分为直接消耗和间接消耗：材料的生产和使用对能源的间接消耗与材料的资源材料的生产和使用对能
5、源的间接消耗与材料的资源消耗类似，也包括消耗类似，也包括运输运输、储藏储藏、包装、管理、包装、管理、流通流通、人、人工、劳保、工、劳保、照明照明等环节。等环节。除对资源和能源的消耗外，在材料的生产和使用过除对资源和能源的消耗外，在材料的生产和使用过程中，不可避免得要向环境排放大量的程中，不可避免得要向环境排放大量的各种污染物各种污染物。这。这些污染物主要包括废气、废水和固体污染物，对环境影些污染物主要包括废气、废水和固体污染物，对环境影响很大。响很大。材料环 在材料的使用过程中有一部分会自动回到最初在大自然中的存在形式，在物品的使用寿命过后大部分材料可以被重新利用。物质在这一系列过程中，从一种
6、存在形式转化为另一种存在形式，生生不息，这一过程可以看做是一个循环圈，我们将之称为材料环。环境材料的提出 从材料的生产从材料的生产使用使用废弃的过程来看，是将大量资源提取出来，废弃的过程来看，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。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，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，并而对
7、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展使人们有能力解决材料设计、生产、使用、废学科科学技术的发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。弃、回收全过程的环境问题。生态环境材料的三要素生态环境
8、材料的三要素：先进性：扩展人类发展前沿领域以人类发展为导向环境协调性：与生物圈共存，减少对环境的危害舒适性：优化便利设施创造一个与自然和谐共生的生活生态环境材料研究内容：生态环境材料研究内容：材料的环境协调性评价技术生态环境材料的设计、研制与开发生态环境材料 材料生产、使用过程中对环境的危害 2020世纪全球十大环境危害事件：世纪全球十大环境危害事件：1930年 马斯河谷烟雾事件 1943年 洛杉矶光化学烟事件 1948年 多诺拉烟雾事件 1952年 伦敦烟雾事件 1953-1956年 水俣病事件 1955-1972年 骨痛病事件 1968年 日本米糠油事件 1984年 印度博帕尔事件 198
9、6年 切尔诺贝利核泄漏事件 1986年 剧毒物污染莱茵河事件三、举例分析1 1）未来汽车）未来汽车 汽车不断发展：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。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。2 2）超级钢）超级钢 一百多年来，钢铁一直是汽车工业的基础。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
10、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：新型钢材的优点是：1.高撞击能量吸收率；2.高强度-质量比；3.实用新型制造工艺；4.可以有多种不同性能(寿命、防锈等）。3 3）航空材料）航空材料 合金中的微量元素虽然很少（少到只占总质量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体，加入元素包括碳、硼、硫、铅、锆及磷等。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。在飞机发动机中掺镍化合物称718合金，其广泛的用于压缩机和涡轮部件。材料科学家们改进了成分及工艺，适量掺镁增加其热延展性，三次熔炼法可改善其纯度，并不是所
11、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。4 4）轮胎）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。四、结 论环境、材料的关系是：一方面材料给人类带来了物质财富并推动着人类社会的物质文明的进步；一方面在开发与生产新材料过程中又消耗大量的资源和能源，并给环境带来污染的负面危害作用。在材料推动现代化发展的同时，保护环境，开发绿色环保材料成为当前的主题。这就是近几十年来发展起来的“环境材料”，即是指在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负荷、最大使用功能的人类所需材料。展望 生态环境材料符合可持续发展的要求，是目前材料科学与工程领域的必然趋势，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。改造传统材料产业，开发新型生态环境材料，推进生态环境材料学的发展是各国科学家需要深入研究并解决的重大问题。谢谢您的关注！谢谢您的关注！请您多提宝贵意见！请您多提宝贵意见！