环境材料学chp1.docVIP

第一章 引言1.1环境材料概念的提出人口膨胀、资源短缺、环境恶化是当今社会持续发展面临的三大问题，严峻的现实要求人类从环境保护的角度出发，重新认识和评价过去人类研究材料、开发材料、使用材料的活动。现代文明一个很大的特征就是通过大规模的工业生产向大众提供廉价而性能优异的工业产品。人类曾将环境作为征服的对象，大量开发和生产与人类生存密切相关的各种材料。另一方面，大量生产、大量消费的社会生产无疑是造成现在环境问题的主要原因。环境问题归类为：（1）人类活动对自然环境、生态系统的影响；人类活动排放到外界的物质；资源、能源的消耗；（2）人造物质和材料的滥用对人类活动和社会环境的影响；被大量的人造物质和材料所包围的生活环境；不受消费者青睐的产品开发与技术“黑盒子化”。这里不仅指医学上对人体有害的微量物质，也包括那些自身未必有害，但作为衣料及住房材料与人体接触或者如城市垃圾那样大量抛弃而占据生活的物理空间所造成的问题。产品与技术的“黑盒子化”问题，即产品构造复杂，功能齐全，功能得不到充分利用，不易修理。产品不必要的过剩性能和短寿命并存的现象也增加了环境负担。长期以来，人们忽视了材料的开发和应用必然受到生态环境的影响和制约。 大规模地生产人类生存所必须的材料总是意味着一定程度上损害生态环境。为了人类的生存和发展，人们所面临的课题，即如何生产将环境负荷减至最低，再生率增至最大的材料。日本东京大学山本良一等在90年代初提出新的研究领域“环境材料”Ecomaterials（Environmental Conscious Materials）或 Ecological Materials。到目前为止，关于环境材料尚没有一个为广大学者共同接受的定义。最初，一些学者认为环境材料是指那些不仅具有优异的使用性能，而且从材料的制造、使用、废弃直到再生的整个生命周期（life cycle）中必须具备与生态环境的协调共存性以及舒适性的材料。经过一段时间的发展，一些学者认为，环境材料是赋予传统结构材料，功能材料以优异的环境协调性的材料；或者指那些直接具有净化和修复环境等功能的材料。即环境材料是具有系统功能的一大类新型材料的总称。还有一些专家认为，环境材料是指同时具有优良使用性能和最佳环境协调性的一大类材料。 根据大部分人的理解，环境材料的概念可以概括为：环境材料是指在加工、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。既包括经改造后的现有传统材料也包括新开发的环境材料。特别值得注意的是环境材料的概念或定义应当是确定的或不变的,而判别环境材料的标准是随科学技术的进步而发展或变化。当所有的材料都“环境材料化”了的时候，那么，环境材料这个术语也就完成了它的使命。环境材料的三个特点：① 先进性：能为人类开拓更广阔的活动范围和环境，发挥其优异性能。在发展新材料、新技术体系时，既要考虑到技术环境负担的大小，材料本身对环境的污染程度，又要顾及材料使用时的传统性能（材料的先进性），在要求优异的使用性能这一点上，新材料与传统材料是相同的。② 环境协调性（优先争取的目标）：使人类的活动范围同外部环境协调，减轻地球环境的负担，使枯竭性资源完全循环利用。在材料的生产环节中资源和能源的消耗少，工艺流程中采用减少温室效应气体的技术，废弃后易于再生循环。材料及技术本身要具备环境协调性，这是区别于传统材料观念而增加的概念。③ 舒适性：使活动范围中的人类生活环境更加繁荣、舒适，人们很乐于接受和使用。 关于环境材料的先进性、舒适性，不同人有不同理解，在实践中难以判断与把握，它只是一个定性的标准。因此认为环境材料的特征可以具体改为功能性、经济性和环境协调性等。这有利于环境材料的评判，也符合现实情况。 环境材料的设计思路是：在传统材料研究所追求的优异使用性能的基础上，充分考虑资源的有限性和尽可能降低环境负担等因素，采取有效措施，使材料具有能够再生循环利用的特性，从材料的设计阶段开始，就把材料的使用性能同保护地球生态环境、保障生活环境的舒适性充分结合起来，这是对传统材料技术与工程的革新。 在提出环境材料的同时，国内一些学者还提出了“环境材料学”的概念。认为环境材料学是一门研究材料的生产与开发和环境之间相互适应和相互协调的科学。其目的是寻找在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负担的人类所需材料，以满足人类生存和发展的需要。其特征在于从环境的角度重新考虑和评价过去的材料科学及其工程学，并指导未来的材料科学及其工程学的发展。环境材料学的核心思想是在材料的四大传统性能基础上，加上材料的环境性能，强调材料与环境的协调性。1.2环境材料研究的内容环境材料学是材料科学与环境科学的交叉学科，是研究材料对生态环境的作用及生态环境对这种作用的反应和行为；研究与材料生产、使用和废弃密切相关的环境问题。