材料與環境材料

2022-12-20 22:39:04 字數 2915 閱讀 9155

摘要:材料(materials)是人類文明和科學技術進步的標誌,是人類賴以生存和發展壯大的重要物質基礎,新型材料的研發和使用甚至可以帶動乙個領域的變革和發展。材料的重要性不言而喻,材料的種類多不勝數,不同材料的效能更是千奇百樣。環境材料便是科學家們在眾多材料中的研究之一。

而對於研究材料的科學我們稱之為材料科學,這實際是科學技術發展的結,它無疑對推動人類文明的進步和科學發展有著至關重要的作用。相信不久的將來,無論是環境材料還是其他類別的材料的研究,必將有著中的的突破。

關鍵字:材料、類、材料科學、環境材料

正文:材料的定義:生活中,材料無處不在,大至太空梭,小至簡單的曲別針,都是由材料製成的,對於材料簡單的定義是:

材料就是可以製造有用物件的物質,或者可以說材料是我們用來製造物品器件等一切可以滿足需要的物質。其現代的定義是:材料是為人類社會接受的、經濟地製造有用器件的物質。

材料的判據:材料是物質沒錯,但不是所有的物質都被稱作材料,就像不是所有的知識分子都是人才、所有帶翅膀的都是鳥兒一樣。根據現代定義,材料的生產和科研需由五個判據來判定,分別為:

(1)資源判據:各國根據自己資源情況,頒布政策引導材料的生產和科研;

(2)能源判據:因能源**較為緊張,材料的生產和使用需考慮能耗問題;

(3)環保判據:材料的生產和使用,需重視生態平衡等環境問題;

(4)質量判據:物質能否用於製造有用器件,是物質是否為材料的重要判據,材料的質量是是否能製造有用器件的先決條件;

(5)經濟判據:材料的生產和科研,須進行成本分析和經濟核算,從而計算經濟效果。

在材料領域研究工作,即綜合考慮這五個判據,去研究和生產適應社會發展的新型材料,當然,某些專案的研究也會有其自己的側重點。

材料的分類:對於普通大眾來說,他們已知的材料就已經種類繁多,效能千差萬別了,這算是冰山一角,就更別說應用於各個高階領域的技術材料了。而隨著材料科學與技術的發展,材料的種類只會日益繁多。

資料表明到20世紀末材料的種類已然超過40萬種,如此多種類的材料,如果沒有分類,使用起來想來也是頭痛之至。不同情況分類的方法是不同的,下圖是一種比較常見的:

材料的分類

材料科學:材料科學(materials science)是20世紀60年代初由美國提出的並於之後興起的重要學科,其內涵是:由物理、化學、冶金、生物、陶瓷、計算數學多學科交叉與結合形成,通過基礎學科已有知識知道研製出具有一定成分、結構和效能的各類材料(如合金)、他通過試驗對成分、結構、效能及其相互關係進行檢測、表徵,指導工程材料成功應用的全過程。

又由於材料的獲得、質量的改進和器件的形成都離不開工程知識,所以「材料科學」與「工程」往往同時出現共同作用,人們即而稱之「材料科學與工程」(materials science and engineering,mse),其特點便是:

(1)材料科學是多學科交叉的新興學科沒有固定邊界,研究範圍會不斷變化,研究物件內涵也會不斷深化。

(2)材料科學與工程技術有不可分割的涼蓆材料科學與工程是你中有我我中有你,相輔相成的關係,不能獨其一而發展。

(3)材料科學與工程有很強的應用目的和明確的應用背景其目的便在於發展新型材料提供新的途徑和新技術、新方法和新流程。

每當我們談到上古時代,我們就會想到「石器時代」、「青銅器時代」、「鐵器時代」。在這些時代,劃分的界限無疑就是該時代人類使用的材料了。不難看出,使用的材料越先進、時代的文明也就越是進步的,直到如今,乙個國家使用的材料品種和數量已經成為衡量這個國家科學技術和經濟發展水平的重要標誌了。

材料科學的研究前景是廣闊的,材料科學的發展也已經刻不容緩,我們也不能落後了,落後就要挨打!

環境材料:材料在給人類帶來物質財富並推動人類文明進步的同時,也帶來了由其開發與生產引來的資源消耗和環境汙染等負面危害。21世紀是可持續發展的世紀,社會經濟的可持續發展應以自然為基,與環境承載力相協調。

但材料的加工製備使用及廢棄對生態環境造成了極大的破壞,全球環境汙染日益嚴重,面對如此局面,環境材料的研究應運而生。

環境材料(ecomaterials)又名生態材料、生態環境材料,是環境科學與材料科學相結合形成的一門新的交叉學科。作為材料,環境材料是對環境友好的材料,它不會給環境帶來太多的負面作用,更甚能良性迴圈以淨化環境減輕汙染。

環境材料當然有其自己的特徵,從迴圈的角度來看是,它是從原料開採、製造、使用至廢棄的整個壽命週期中,對資源和能源消耗最少、生態環境影響最小、再生迴圈利用率最高,或可分解使用。在這一特徵概念的指導下,人們便把該新型材料歸結於三大特徵:功能性、經濟性及環境協調性。

環境材料的分類:環境材料是一門剛興起的學科和新概念的材料,故目前還沒有乙個固定統一的分類法。若按四大材料的分類法分為金屬環境材料、無機非金屬環境材料、高分子環境材料、復合環境材料。

據其功能可分為低消耗材料、環境淨化材料、可降解材料、環境修復材料、環境替代材料、吸波材料、生物及醫療功能材料、感測材料、抗輻射材料、相容性材料、吸附催化材料等。現粗略說明其中的幾種。

(1) 環境降解材料一般指可被自然吸收、消化或分解,從而不產生固體廢棄物的材料。譬如一些木材、竹材和其他天然材料加工而成的材料。

(2) 環境淨化材料指能夠控制汙染物排放,使大氣、水體、環境空間等免遭汙染、保持清潔的材料。常用的環境淨化材料有大氣汙染控制材料、水汙染控制材料、雜訊汙染控制材料和輻射控制材料等。其每一種材料又可向下分級分類。

(3) 環境修復材料指對已被破壞的環境進行**,恢復其原有環境狀態的材料。這類材料有水體的修復材料、受汙染室內空氣的修復材料、重金屬汙染土壤的修復材料等,各種材料都有其獨特的效能。

(4) 環境替代材料指能夠代替高環境負擔性的材料的地環境負擔性材料。對於資源和能源消耗高、汙染危害大、汙染不易控制、不易修復的材料,用不汙染環境甚至有利於改善環境的其他材料代替。如用環戊烷丙烷、異丁烷、氟代乙烷等不含氯原子的物質代替氟利昂製冷,以減輕對臭氧層的破壞。

材料科學的發展,環境材料的進步,推動了整個人類文明的程序。不久的將來,我們的物質生活會因材料科學的研究而上乙個台階。但是,環境的保護並不取決於環境材料的不斷突破,更取決於我們對待生態的態度。

在其它領域也同樣如此。

徐曉紅材料概論(高等教育出版社 2023年5月第一版)

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