材料科學(xué)與工程導(dǎo)論-第1章-材料與社會課件3

—材料是高新技術(shù)發(fā)展與社會現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。1.2.2材料與新技術(shù)革命§1.2材料的地位和作用

材料既是人類社會進(jìn)步的里程碑，又是社會現(xiàn)代化的物質(zhì)基礎(chǔ)。新材料的研究、開發(fā)與應(yīng)用從根本上反映著一個國家的科學(xué)技術(shù)與工業(yè)水平。46—材料是高新技術(shù)發(fā)展與社會現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。1.2.2電子管→晶體管→集成電路時代

電子管——晶體管——集成電路鎢、鉬電極鍺、硅半導(dǎo)體單晶硅片，高純鈦、SiO2、鉻薄膜1.2.2材料與新技術(shù)革命1）電子技術(shù)的發(fā)展

新材料的研發(fā)對電子工業(yè)的發(fā)展無疑起到了決定性作用。47電子管→晶體管→集成電路時代電子管——2）光通信的產(chǎn)生和發(fā)展1.2.2材料與新技術(shù)革命

光導(dǎo)纖維、激光技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展是促進(jìn)通信技術(shù)進(jìn)步的重要因素，而這些都與材料密切相關(guān)。正是由于新材料的發(fā)展，20世紀(jì)90年代初期人們提出的“信息高速公路”的設(shè)想今天已成為現(xiàn)實。

信息材料指用于信息的探測、傳輸、顯示、運算和處理的光電信息材料。主要包括監(jiān)測和傳感(獲取)信息的材料、傳輸信息的材料、存儲信息的材料、運算和處理信息的材料。

人類在步入信息時代的同時，也進(jìn)入信息材料競爭的時代。

482）光通信的產(chǎn)生和發(fā)展1.2.2材料與新技術(shù)革3）磁技術(shù)的廣泛應(yīng)用

磁性材料在現(xiàn)代化社會中應(yīng)用十分廣泛，電視機、計算機，電動機等都離不開各種磁性材料。1.2.2材料與新技術(shù)革命稀土NdFeB永磁合金493）磁技術(shù)的廣泛應(yīng)用1.2.2材料與新技術(shù)革命稀土N4）超導(dǎo)技術(shù)的開發(fā)自1911年發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象以后，到了20世紀(jì)80年代，超導(dǎo)材料所達(dá)到的最高臨界溫度僅有23.2K，還沒有脫離液氦溫度。1986年，由于人們發(fā)現(xiàn)了氧化物超導(dǎo)體，超導(dǎo)材料才有了重大突破，此后，超導(dǎo)溫度跳躍式地升高到95～100K，已達(dá)到液氮溫區(qū)。超導(dǎo)技術(shù)的引入，將會使許多方面發(fā)生飛躍式發(fā)展。1.2.2材料與新技術(shù)革命超導(dǎo)電纜已安裝調(diào)試的超導(dǎo)電纜系統(tǒng)

504）超導(dǎo)技術(shù)的開發(fā)1.2.2材料與新技術(shù)革命超5）航空航天技術(shù)的進(jìn)步1.2.2材料與新技術(shù)革命

航空航天材料主要包括新型金屬材料（如先進(jìn)鋁合金、超高強度鋼、高溫合金、高熔點合金、鈹及其合金）、燒蝕防熱材料和新型復(fù)合材料此外，還包括一些功能材料，如涂層材料、隔熱材料、透明材料、阻尼材料、密封材料、潤滑材料、粘合劑材料等。這些材料大部分屬于高分子材料和陶瓷材料，也有少量是阻尼合金等金屬材料。

三高一低的結(jié)構(gòu)材料（高強度、高模量、耐高溫、低密度)。515）航空航天技術(shù)的進(jìn)步1.2.2材料與新技術(shù)革在美國卡拉維納爾角航天基地待升空的航天飛機。應(yīng)用了成千上萬種材料，特別是一些高技術(shù)的新型材料。1.2.2材料與新技術(shù)革命52在美國卡拉維納爾角航天基地待升空的航天飛機。1.2.2材

材料，特別是新材料與現(xiàn)代文明的關(guān)系十分密切，新材料的重要性是不言而喻的。美國國家委員會的一份研究報告指出，先進(jìn)材料和先進(jìn)材料工藝對國家的生活水平、安全及經(jīng)濟實力起著關(guān)鍵性的作用。

1986年，《科學(xué)的美國人》雜志指出：“先進(jìn)材料對未來的宇航、電子設(shè)備、汽車以及其他工業(yè)的發(fā)展是必要的，材料科學(xué)的進(jìn)展決定了經(jīng)濟關(guān)鍵部門增長速度的極限范圍?！?.2.2材料與新技術(shù)革命自工業(yè)革命后，人類社會的進(jìn)步主要是材料推動的結(jié)果！53材料，特別是新材料與現(xiàn)代文明的關(guān)系十

四次技術(shù)革命第一次技術(shù)革命18世紀(jì)后期

蒸汽機的發(fā)明及廣泛應(yīng)用為主要標(biāo)志高爐、轉(zhuǎn)爐、平爐制造優(yōu)質(zhì)鋼材的工業(yè)化第二次技術(shù)革命19世紀(jì)末

電的發(fā)明和廣泛應(yīng)用為標(biāo)志

遠(yuǎn)距離輸送電材料以及通訊、照明用材料第三次技術(shù)革命20世紀(jì)中期

原子能應(yīng)用為主要標(biāo)志

合成材料、半導(dǎo)體材料等大規(guī)模工業(yè)化、民用化第四次技術(shù)革命20世紀(jì)70年代計算機，特別是微電子、生物工程和空間技術(shù)為主要標(biāo)志相關(guān)的新型結(jié)構(gòu)與功能材料1.2.2材料與新技術(shù)革命54四次技術(shù)革命1.2.2材料與新技術(shù)革命54

以電子工程、空間技術(shù)、海洋工程、能源工程、生物工程為代表的第四次新技術(shù)革命浪潮同樣離不開新材料。

電子信息技術(shù)需要高性能電子材料、光電子材料、非線性光學(xué)材料、波導(dǎo)纖維和薄膜材料等功能材料；

能源工程技術(shù)離不開耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、高可靠以及壽命可預(yù)測的結(jié)構(gòu)材料；

先進(jìn)的航天飛行器離不開耐高溫、耐低溫、耐輻射、耐腐蝕、耐燒蝕的輕質(zhì)高強結(jié)構(gòu)材料；

新能源的開發(fā)離不開實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換的各種功能材料。

各種材料的制備、加工和應(yīng)用，無一例外地都需要依賴適當(dāng)?shù)氖侄尾拍軐崿F(xiàn)?？梢?，新材料的開發(fā)與應(yīng)用，對人類社會文明與經(jīng)濟發(fā)展，有著不可估量的作用。1.2.2材料與新技術(shù)革命55以電子工程、空間技術(shù)、海洋工程、能源工程、生物

世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都把新材料作為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。美國：美國商業(yè)部公布的一個資料表明，2000年，先進(jìn)材料在美國12項新興技術(shù)中的產(chǎn)值居于首位，即在3560億美元中，先進(jìn)材料占1500億美元，占42%。從全世界來看，先進(jìn)材料產(chǎn)值為4000億美元，占整個新興技術(shù)產(chǎn)值10000億美元的40%。日本：1981年，日本政府選擇了優(yōu)先發(fā)展的三個領(lǐng)域：新材料、新裝置和生物技術(shù)，并宣稱將開發(fā)、加工和制造先進(jìn)材料作為保持技術(shù)領(lǐng)先地位的國家戰(zhàn)略的基石。在日本的未來工業(yè)規(guī)劃的基礎(chǔ)技術(shù)中，11個主要項目中有7個項目是基于材料之上的。1.2.2材料與新技術(shù)革命56世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都把新材料作為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。1中國：我國政府同樣高度重視新材料的研發(fā)和應(yīng)用。

1986年，我國提出了“高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）”，即把新材料技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)、激光技術(shù)、航天技術(shù)、自動化技術(shù)、新能源技術(shù)等八大高科技技術(shù)作為重點發(fā)展的領(lǐng)域。

1997年，我國又制定了“國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）”，其中同樣把新材料的研發(fā)放在突出位置。在各級各類的科技計劃中，新材料都是重點支持的領(lǐng)域。1.2.2材料與新技術(shù)革命57中國：我國政府同樣高度重視新材料的研發(fā)和應(yīng)用。1.2.2材料是人類生存、社會發(fā)展、科技進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)、現(xiàn)代科技發(fā)展的先導(dǎo)。我國是材料大國，但不是材料強國?！吧裰哿枴憋w船始返前后圖片

1.2.2材料與新技術(shù)革命58材料是人類生存、社會發(fā)展、科技進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)、現(xiàn)代科技發(fā)展的1.2.3新材料與可持續(xù)發(fā)展§1.2材料的地位和作用——新材料是實現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

現(xiàn)在，可持續(xù)發(fā)展的思想作為成為一種新的社會經(jīng)濟發(fā)展思想和發(fā)展戰(zhàn)略被各國政府和人民廣泛接受。

布倫特蘭夫人在《我們共同的未來》中對可持續(xù)發(fā)展做出的經(jīng)典表述為：“可持續(xù)發(fā)展是在滿足當(dāng)代人需要的同時，不損害后代人滿足其自身需要的能力?！?/p>

社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展要求人們及時對科學(xué)研究的價值和技術(shù)發(fā)展的方向進(jìn)行評價和調(diào)整，而新材料的發(fā)展正是適應(yīng)了可持續(xù)發(fā)展這一需求，它在現(xiàn)代社會各領(lǐng)域的應(yīng)用將極大地改變傳統(tǒng)的經(jīng)濟增長方式和發(fā)展模式，成為可持續(xù)發(fā)展的重要保證。591.2.3新材料與可持續(xù)發(fā)展§1.2材料的地位和作用1）新材料在相關(guān)產(chǎn)業(yè)部門的使用，大大降低了這些部門的生產(chǎn)成本，提高了勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量與競爭力，對經(jīng)濟發(fā)展起著不可估量的作用。2）另一方面，新材料在社會生產(chǎn)各領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用還大大節(jié)省了地球上十分有限的不可再生資源，延緩了其衰竭速度，降低了生產(chǎn)中的能量消耗，最大限度地減少了環(huán)境的污染，維護(hù)了生態(tài)平衡。3）為了解決金屬資源的枯竭問題，人們發(fā)展了各種高分子材料、復(fù)合材料和先進(jìn)陶瓷材料，它們中的許多材料，像玻璃鋼、纖維增強塑料、氮化硅陶瓷，其強度、耐高溫和耐腐蝕性能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金屬材料，成為飛機、火車、橋梁、發(fā)動機的關(guān)鍵部件。1.2.3新材料與可持續(xù)發(fā)展601）新材料在相關(guān)產(chǎn)業(yè)部門的使用，大大降低了這些部門的生產(chǎn)成本

總之，經(jīng)濟的發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展的條件，社會的發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展的目的，而科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步是可持續(xù)發(fā)展的強勁推動力量。新材料作為科技革命與創(chuàng)新的基石，它的開發(fā)與應(yīng)用因此而成為可持續(xù)發(fā)展的保障和前提。沒有新材料的發(fā)展及其在社會各個領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展無疑是不可想象的。4）為了減少礦物燃料燃燒時造成的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)，人們將目光轉(zhuǎn)向清潔、高熱值的新能源載體——氫。為此，人們開發(fā)了鎂系、稀土系、鈦系、鋯系等新型貯氫合金，用于氫的存貯、運輸和提純。1.2.3新材料與可持續(xù)發(fā)展61總之，經(jīng)濟的發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展的條件，社會的發(fā)

新材料

高新技術(shù)產(chǎn)品的出現(xiàn)

推動社會進(jìn)步1.2.3新材料與可持續(xù)發(fā)展62新材料高新技術(shù)產(chǎn)

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境概述

長期以來，人們主要是依據(jù)應(yīng)用對象對材料提出的力學(xué)性能和功能要求對材料進(jìn)行開發(fā)，而很少顧及材料對生態(tài)環(huán)境的影響。材料對生態(tài)環(huán)境的影響涉及如下三個方面：1）生產(chǎn)—傳統(tǒng)材料在生產(chǎn)過程中不僅要消耗大量資源和能源，還向環(huán)境中排放大量有害氣體、固體廢棄物和污水等；2）使用—有些材料在使用過程中會釋放有毒有害的物質(zhì)；3）廢棄—廢棄后的材料被隨地堆放，又成為環(huán)境污染源。63§1.3材料與生態(tài)環(huán)境概述長期以來，人

目前，保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約資源和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟已成為全人類的共同目標(biāo)。因此，材料的生產(chǎn)、使用和廢棄都必須考慮其與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，必需加強研究材料-環(huán)境-社會三者間的相互關(guān)系，注意材料開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的和諧，確保人類社會的可持續(xù)發(fā)展。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境64目前，保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約資源和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟已成廢氣廢水廢渣工業(yè)”三廢”

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境65廢氣廢水廢渣工業(yè)”三廢”§1.3材料與生態(tài)環(huán)境65

資源開采—生產(chǎn)加工—消費使用—廢物丟棄。

與材料相關(guān)的產(chǎn)業(yè)既是資源消耗的大戶，也是能源消耗的大戶，又是環(huán)境污染的主要來源。

一個生產(chǎn)過程的輸出變?yōu)榱硪粋€（生產(chǎn)）過程的輸入，一個過程的廢物變成另一個過程的原料。

清潔生產(chǎn)、無害循環(huán)。思路：

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境66資源開采—生產(chǎn)加工—消費使用—廢物丟棄。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境

環(huán)境是人類周圍一切物質(zhì)、能量和信息的總和。環(huán)境污染的實質(zhì)在于人類的經(jīng)濟活動索取資源的速度超過了資源本身及其替代品的再生速度，同時向環(huán)境排放廢棄物的數(shù)量超過了環(huán)境本身的自凈能力。對人類活動而言，環(huán)境一般有三個作用：首先，環(huán)境是各種生物生存的基本條件，為人類從事生產(chǎn)和生活提供物質(zhì)基礎(chǔ)；其次，環(huán)境對人類經(jīng)濟活動所產(chǎn)生的廢物進(jìn)行消納、稀釋及轉(zhuǎn)化；第三，環(huán)境為人類的生產(chǎn)和生活提供精神享受。67§1.3材料與生態(tài)環(huán)境環(huán)境是人類周圍一生物多樣性日益減少；全球氣候持續(xù)變暖；森林面積銳減；大氣污染狀況持續(xù)惡化；水體污染日趨嚴(yán)重；固體廢棄物污染不斷增加；酸雨蔓延；海洋污染日益嚴(yán)重；臭氧層不斷破壞；土地荒漠化趨勢加劇。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境

由于資源過度消耗、人口激增以及環(huán)境污染等影響，目前全球有十大環(huán)境污染問題，包括：68§1.3材料與生態(tài)環(huán)境由于資源過度消耗

盡管發(fā)達(dá)國家的空氣污染、水污染等環(huán)境問題得到了一定程度的治理，但并沒有從根本上解決經(jīng)濟發(fā)展過程中產(chǎn)生的各種環(huán)境污染。我國作為發(fā)展中國家，人口總多，人均資源少，生態(tài)環(huán)境脆弱，發(fā)展水平低。因此，在創(chuàng)造經(jīng)濟增長奇跡的同時，努力改善生態(tài)環(huán)境狀況，尋求環(huán)境與社會、經(jīng)濟、人口相協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展道路，具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實意義。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境69盡管發(fā)達(dá)國家的空氣污染、水污染等環(huán)境問題得到了一廢物再利用世界上本沒有垃圾，它只是沒有被人們認(rèn)識！垃圾只是堆錯地方的資源！

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境70廢物再利用世界上本沒有垃圾，它只是沒有被人們認(rèn)識！垃圾只是堆●材料的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與生態(tài)環(huán)境材料1.材料的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略◆保證材料性能的同時，盡可能節(jié)約資源與減少環(huán)境污染，改變片面追求性能的舊觀點；◆重視對材料及其產(chǎn)品整個壽命周期對環(huán)境協(xié)調(diào)性的評價；◆不但講科學(xué)技術(shù)效益、經(jīng)濟效益，還要將社會效益，將材料科技與產(chǎn)業(yè)具體目標(biāo)和各國、各地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的大目標(biāo)結(jié)合起來。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境71●材料的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與生態(tài)環(huán)境材料1.材料的可持續(xù)發(fā)展2.

生態(tài)環(huán)境材料的研發(fā)20世紀(jì)90年代以來國際材料與工程的最新趨勢。

生態(tài)環(huán)境材料：同時具有優(yōu)良使用性能和最佳環(huán)境協(xié)調(diào)性能的材料。其特征：①資源、能源消耗少，生態(tài)和環(huán)境污染?。虎谠偕寐矢呋蚩山到饣涂裳h(huán)利用；③在制造、使用、廢棄直到再生利用的整個壽命周期中均與環(huán)境協(xié)調(diào)共存。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境722.生態(tài)環(huán)境材料的研發(fā)20世紀(jì)90年代以來國際材料與工程

途徑：

或開發(fā)新材料;

或改進(jìn)、改造傳統(tǒng)材料（達(dá)到節(jié)約資料并與環(huán)境協(xié)調(diào)）。

4倍因子理論：半份消耗，倍數(shù)產(chǎn)出→其結(jié)果4倍產(chǎn)出（同樣資源消耗水平）。

兩大主題：

（2）LCA：LifeCycleAssessment即材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評價。（1）生態(tài)環(huán)境材料設(shè)計、研究與開發(fā)；

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境73途徑：或開發(fā)新材料;4倍因子理論：半份消耗，倍數(shù)產(chǎn)出→●材料與循環(huán)經(jīng)濟

近百年來的工業(yè)革命和科技進(jìn)步促進(jìn)了現(xiàn)代社會在經(jīng)濟、文化、軍事及社會生活各個方面的快速發(fā)展，極大地豐富了人類的物質(zhì)文化生活，使人類的生活呈現(xiàn)出絢麗燦爛、多姿多彩的局面。但與之相伴隨的卻是人類生存環(huán)境的快速惡化。那么，人類社會如何在持續(xù)發(fā)展的同時，最大限度地保護(hù)與之相適應(yīng)的生態(tài)環(huán)境呢？

自1972年以來，在聯(lián)合國教科文組織的協(xié)調(diào)下，各國政府相繼制定了環(huán)境保護(hù)措施和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，人類社會的發(fā)展進(jìn)入了深刻認(rèn)識生態(tài)環(huán)境問題，保持生態(tài)平衡，追求人與自然和諧發(fā)展的歷史新階段，循環(huán)經(jīng)濟的思想愈來愈受到人們的普遍重視。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境74●材料與循環(huán)經(jīng)濟近百年來的工業(yè)革命和科技進(jìn)步

循環(huán)經(jīng)濟也稱為資源閉環(huán)利用型經(jīng)濟，其內(nèi)涵是：只有在保持生產(chǎn)擴大和經(jīng)濟增長的同時，通過建立“資源-生產(chǎn)-產(chǎn)品-消費-廢棄物再資源化”的物質(zhì)的閉環(huán)流動模式，才能既提高人民的生活水平，又避免由于對地球資源的掠奪式開發(fā)而導(dǎo)致的自然生態(tài)的破壞。循環(huán)經(jīng)濟把清潔生產(chǎn)、資源綜合利用、可再生能源開發(fā)、產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計和生態(tài)消費等融為一體，運用生態(tài)學(xué)規(guī)律來指導(dǎo)人類社會經(jīng)濟活動的模式。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境75循環(huán)經(jīng)濟也稱為資源閉環(huán)利用型經(jīng)濟，其內(nèi)涵是：只循環(huán)經(jīng)濟的標(biāo)志性特征，就是其所遵循“4R原則”。1）減量化原則（Reduce）就是把減少物質(zhì)和能源的使用量作為循環(huán)經(jīng)濟的首要原則。該原則以不斷提高資源生產(chǎn)率和能源利用效率為目標(biāo)。在經(jīng)濟運行的輸入端，最大限度地減少對不可再生資源的開采和利用，盡可能多地使用替代性可再生資源，減少進(jìn)入生產(chǎn)和消費過程的物質(zhì)流和能源流。2）再利用原則（Reuse）就是盡可能多次地及多種方式地使用人們所購買的產(chǎn)品。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境76循環(huán)經(jīng)濟的標(biāo)志性特征，就是其所遵循“4R原則”?！?.33）再循環(huán)原則（Re-cycle）就是盡可能多地循環(huán)利用或資源化所生產(chǎn)的產(chǎn)品。應(yīng)該盡量把廢棄物品返回工廠，在那里經(jīng)過適當(dāng)加工后再融入新的產(chǎn)品中。4）再思考原則（Rethink）就是不斷思考在經(jīng)濟運行中如何從根本上避免和減少廢棄物，最大限度地提高資源利用率，實現(xiàn)污染最小化和廢棄物循環(huán)利用最大化。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境773）再循環(huán)原則（Re-cycle）§1.3材料與生態(tài)

由上可見，循環(huán)經(jīng)濟既減少了自然資源的消耗，提高了資源的利用率，又減少了對環(huán)境的污染，這對人類的生存和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。那么，循環(huán)經(jīng)濟的支撐點在哪里呢？

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境國產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動機78由上可見，循環(huán)經(jīng)濟既減少了自然資源的消耗，提高了

一般認(rèn)為，在可預(yù)見的未來，能夠推動社會發(fā)展的幾個重要科技領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)分別是：信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生命科學(xué)及其產(chǎn)業(yè)、材料科學(xué)及其產(chǎn)業(yè)、能源技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)等。其中，材料是所有領(lǐng)域的基礎(chǔ)。而且，人與自然相互作用的各個環(huán)節(jié)都直接或間接地與材料相關(guān)。因此，材料工業(yè)無疑是循環(huán)經(jīng)濟的一個重要支撐點。因此，材料工業(yè)與循環(huán)經(jīng)濟和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)，作為材料科學(xué)工作者，必須意識到自身責(zé)任之重大，要勇敢地承擔(dān)起自己的責(zé)任，讓材料工業(yè)在新的世紀(jì)里，在世界經(jīng)濟發(fā)展和人類文明提高的過程中發(fā)揮應(yīng)有的作用。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境79一般認(rèn)為，在可預(yù)見的未來，能夠推動社會發(fā)展的幾結(jié)語：1.材料在人類社會進(jìn)步過程中起到主導(dǎo)作用；2.為了社會的可持續(xù)發(fā)展，從現(xiàn)在起就應(yīng)重視：3.對未來材料的發(fā)展所需資源與能源提出了一些設(shè)想。自然資源的有效利用傳統(tǒng)材料的升級換代開發(fā)資源豐富的新材料體系現(xiàn)有材料性能的提高與新材料的開發(fā)注意環(huán)境保護(hù)及材料在循環(huán)經(jīng)濟中的作用回顧過去、把握現(xiàn)在、開拓未來!80結(jié)語：1.材料在人類社會進(jìn)步過程中起到主導(dǎo)作用；自然資源的材料科學(xué)與工程導(dǎo)論_第1章_材料與社會課件3知識回顧KnowledgeReview知識回顧KnowledgeReview—材料是高新技術(shù)發(fā)展與社會現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。1.2.2材料與新技術(shù)革命§1.2材料的地位和作用

材料既是人類社會進(jìn)步的里程碑，又是社會現(xiàn)代化的物質(zhì)基礎(chǔ)。新材料的研究、開發(fā)與應(yīng)用從根本上反映著一個國家的科學(xué)技術(shù)與工業(yè)水平。46—材料是高新技術(shù)發(fā)展與社會現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。1.2.2電子管→晶體管→集成電路時代

電子管——晶體管——集成電路鎢、鉬電極鍺、硅半導(dǎo)體單晶硅片，高純鈦、SiO2、鉻薄膜1.2.2材料與新技術(shù)革命1）電子技術(shù)的發(fā)展

新材料的研發(fā)對電子工業(yè)的發(fā)展無疑起到了決定性作用。47電子管→晶體管→集成電路時代電子管——2）光通信的產(chǎn)生和發(fā)展1.2.2材料與新技術(shù)革命

光導(dǎo)纖維、激光技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展是促進(jìn)通信技術(shù)進(jìn)步的重要因素，而這些都與材料密切相關(guān)。正是由于新材料的發(fā)展，20世紀(jì)90年代初期人們提出的“信息高速公路”的設(shè)想今天已成為現(xiàn)實。

信息材料指用于信息的探測、傳輸、顯示、運算和處理的光電信息材料。主要包括監(jiān)測和傳感(獲取)信息的材料、傳輸信息的材料、存儲信息的材料、運算和處理信息的材料。

人類在步入信息時代的同時，也進(jìn)入信息材料競爭的時代。

482）光通信的產(chǎn)生和發(fā)展1.2.2材料與新技術(shù)革3）磁技術(shù)的廣泛應(yīng)用

磁性材料在現(xiàn)代化社會中應(yīng)用十分廣泛，電視機、計算機，電動機等都離不開各種磁性材料。1.2.2材料與新技術(shù)革命稀土NdFeB永磁合金493）磁技術(shù)的廣泛應(yīng)用1.2.2材料與新技術(shù)革命稀土N4）超導(dǎo)技術(shù)的開發(fā)自1911年發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象以后，到了20世紀(jì)80年代，超導(dǎo)材料所達(dá)到的最高臨界溫度僅有23.2K，還沒有脫離液氦溫度。1986年，由于人們發(fā)現(xiàn)了氧化物超導(dǎo)體，超導(dǎo)材料才有了重大突破，此后，超導(dǎo)溫度跳躍式地升高到95～100K，已達(dá)到液氮溫區(qū)。超導(dǎo)技術(shù)的引入，將會使許多方面發(fā)生飛躍式發(fā)展。1.2.2材料與新技術(shù)革命超導(dǎo)電纜已安裝調(diào)試的超導(dǎo)電纜系統(tǒng)

504）超導(dǎo)技術(shù)的開發(fā)1.2.2材料與新技術(shù)革命超5）航空航天技術(shù)的進(jìn)步1.2.2材料與新技術(shù)革命

航空航天材料主要包括新型金屬材料（如先進(jìn)鋁合金、超高強度鋼、高溫合金、高熔點合金、鈹及其合金）、燒蝕防熱材料和新型復(fù)合材料此外，還包括一些功能材料，如涂層材料、隔熱材料、透明材料、阻尼材料、密封材料、潤滑材料、粘合劑材料等。這些材料大部分屬于高分子材料和陶瓷材料，也有少量是阻尼合金等金屬材料。

三高一低的結(jié)構(gòu)材料（高強度、高模量、耐高溫、低密度)。515）航空航天技術(shù)的進(jìn)步1.2.2材料與新技術(shù)革在美國卡拉維納爾角航天基地待升空的航天飛機。應(yīng)用了成千上萬種材料，特別是一些高技術(shù)的新型材料。1.2.2材料與新技術(shù)革命52在美國卡拉維納爾角航天基地待升空的航天飛機。1.2.2材

材料，特別是新材料與現(xiàn)代文明的關(guān)系十分密切，新材料的重要性是不言而喻的。美國國家委員會的一份研究報告指出，先進(jìn)材料和先進(jìn)材料工藝對國家的生活水平、安全及經(jīng)濟實力起著關(guān)鍵性的作用。

1986年，《科學(xué)的美國人》雜志指出：“先進(jìn)材料對未來的宇航、電子設(shè)備、汽車以及其他工業(yè)的發(fā)展是必要的，材料科學(xué)的進(jìn)展決定了經(jīng)濟關(guān)鍵部門增長速度的極限范圍?！?.2.2材料與新技術(shù)革命自工業(yè)革命后，人類社會的進(jìn)步主要是材料推動的結(jié)果！53材料，特別是新材料與現(xiàn)代文明的關(guān)系十

四次技術(shù)革命第一次技術(shù)革命18世紀(jì)后期

蒸汽機的發(fā)明及廣泛應(yīng)用為主要標(biāo)志高爐、轉(zhuǎn)爐、平爐制造優(yōu)質(zhì)鋼材的工業(yè)化第二次技術(shù)革命19世紀(jì)末

電的發(fā)明和廣泛應(yīng)用為標(biāo)志

遠(yuǎn)距離輸送電材料以及通訊、照明用材料第三次技術(shù)革命20世紀(jì)中期

原子能應(yīng)用為主要標(biāo)志

合成材料、半導(dǎo)體材料等大規(guī)模工業(yè)化、民用化第四次技術(shù)革命20世紀(jì)70年代計算機，特別是微電子、生物工程和空間技術(shù)為主要標(biāo)志相關(guān)的新型結(jié)構(gòu)與功能材料1.2.2材料與新技術(shù)革命54四次技術(shù)革命1.2.2材料與新技術(shù)革命54

以電子工程、空間技術(shù)、海洋工程、能源工程、生物工程為代表的第四次新技術(shù)革命浪潮同樣離不開新材料。

電子信息技術(shù)需要高性能電子材料、光電子材料、非線性光學(xué)材料、波導(dǎo)纖維和薄膜材料等功能材料；

能源工程技術(shù)離不開耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、高可靠以及壽命可預(yù)測的結(jié)構(gòu)材料；

先進(jìn)的航天飛行器離不開耐高溫、耐低溫、耐輻射、耐腐蝕、耐燒蝕的輕質(zhì)高強結(jié)構(gòu)材料；

新能源的開發(fā)離不開實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換的各種功能材料。

各種材料的制備、加工和應(yīng)用，無一例外地都需要依賴適當(dāng)?shù)氖侄尾拍軐崿F(xiàn)。可見，新材料的開發(fā)與應(yīng)用，對人類社會文明與經(jīng)濟發(fā)展，有著不可估量的作用。1.2.2材料與新技術(shù)革命55以電子工程、空間技術(shù)、海洋工程、能源工程、生物

世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都把新材料作為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。美國：美國商業(yè)部公布的一個資料表明，2000年，先進(jìn)材料在美國12項新興技術(shù)中的產(chǎn)值居于首位，即在3560億美元中，先進(jìn)材料占1500億美元，占42%。從全世界來看，先進(jìn)材料產(chǎn)值為4000億美元，占整個新興技術(shù)產(chǎn)值10000億美元的40%。日本：1981年，日本政府選擇了優(yōu)先發(fā)展的三個領(lǐng)域：新材料、新裝置和生物技術(shù)，并宣稱將開發(fā)、加工和制造先進(jìn)材料作為保持技術(shù)領(lǐng)先地位的國家戰(zhàn)略的基石。在日本的未來工業(yè)規(guī)劃的基礎(chǔ)技術(shù)中，11個主要項目中有7個項目是基于材料之上的。1.2.2材料與新技術(shù)革命56世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都把新材料作為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。1中國：我國政府同樣高度重視新材料的研發(fā)和應(yīng)用。

1986年，我國提出了“高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）”，即把新材料技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)、激光技術(shù)、航天技術(shù)、自動化技術(shù)、新能源技術(shù)等八大高科技技術(shù)作為重點發(fā)展的領(lǐng)域。

1997年，我國又制定了“國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）”，其中同樣把新材料的研發(fā)放在突出位置。在各級各類的科技計劃中，新材料都是重點支持的領(lǐng)域。1.2.2材料與新技術(shù)革命57中國：我國政府同樣高度重視新材料的研發(fā)和應(yīng)用。1.2.2材料是人類生存、社會發(fā)展、科技進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)、現(xiàn)代科技發(fā)展的先導(dǎo)。我國是材料大國，但不是材料強國?！吧裰哿枴憋w船始返前后圖片

1.2.2材料與新技術(shù)革命58材料是人類生存、社會發(fā)展、科技進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)、現(xiàn)代科技發(fā)展的1.2.3新材料與可持續(xù)發(fā)展§1.2材料的地位和作用——新材料是實現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

現(xiàn)在，可持續(xù)發(fā)展的思想作為成為一種新的社會經(jīng)濟發(fā)展思想和發(fā)展戰(zhàn)略被各國政府和人民廣泛接受。

布倫特蘭夫人在《我們共同的未來》中對可持續(xù)發(fā)展做出的經(jīng)典表述為：“可持續(xù)發(fā)展是在滿足當(dāng)代人需要的同時，不損害后代人滿足其自身需要的能力?！?/p>

社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展要求人們及時對科學(xué)研究的價值和技術(shù)發(fā)展的方向進(jìn)行評價和調(diào)整，而新材料的發(fā)展正是適應(yīng)了可持續(xù)發(fā)展這一需求，它在現(xiàn)代社會各領(lǐng)域的應(yīng)用將極大地改變傳統(tǒng)的經(jīng)濟增長方式和發(fā)展模式，成為可持續(xù)發(fā)展的重要保證。591.2.3新材料與可持續(xù)發(fā)展§1.2材料的地位和作用1）新材料在相關(guān)產(chǎn)業(yè)部門的使用，大大降低了這些部門的生產(chǎn)成本，提高了勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量與競爭力，對經(jīng)濟發(fā)展起著不可估量的作用。2）另一方面，新材料在社會生產(chǎn)各領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用還大大節(jié)省了地球上十分有限的不可再生資源，延緩了其衰竭速度，降低了生產(chǎn)中的能量消耗，最大限度地減少了環(huán)境的污染，維護(hù)了生態(tài)平衡。3）為了解決金屬資源的枯竭問題，人們發(fā)展了各種高分子材料、復(fù)合材料和先進(jìn)陶瓷材料，它們中的許多材料，像玻璃鋼、纖維增強塑料、氮化硅陶瓷，其強度、耐高溫和耐腐蝕性能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金屬材料，成為飛機、火車、橋梁、發(fā)動機的關(guān)鍵部件。1.2.3新材料與可持續(xù)發(fā)展601）新材料在相關(guān)產(chǎn)業(yè)部門的使用，大大降低了這些部門的生產(chǎn)成本

總之，經(jīng)濟的發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展的條件，社會的發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展的目的，而科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步是可持續(xù)發(fā)展的強勁推動力量。新材料作為科技革命與創(chuàng)新的基石，它的開發(fā)與應(yīng)用因此而成為可持續(xù)發(fā)展的保障和前提。沒有新材料的發(fā)展及其在社會各個領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展無疑是不可想象的。4）為了減少礦物燃料燃燒時造成的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)，人們將目光轉(zhuǎn)向清潔、高熱值的新能源載體——氫。為此，人們開發(fā)了鎂系、稀土系、鈦系、鋯系等新型貯氫合金，用于氫的存貯、運輸和提純。1.2.3新材料與可持續(xù)發(fā)展61總之，經(jīng)濟的發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展的條件，社會的發(fā)

新材料

高新技術(shù)產(chǎn)品的出現(xiàn)

推動社會進(jìn)步1.2.3新材料與可持續(xù)發(fā)展62新材料高新技術(shù)產(chǎn)

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境概述

長期以來，人們主要是依據(jù)應(yīng)用對象對材料提出的力學(xué)性能和功能要求對材料進(jìn)行開發(fā)，而很少顧及材料對生態(tài)環(huán)境的影響。材料對生態(tài)環(huán)境的影響涉及如下三個方面：1）生產(chǎn)—傳統(tǒng)材料在生產(chǎn)過程中不僅要消耗大量資源和能源，還向環(huán)境中排放大量有害氣體、固體廢棄物和污水等；2）使用—有些材料在使用過程中會釋放有毒有害的物質(zhì)；3）廢棄—廢棄后的材料被隨地堆放，又成為環(huán)境污染源。63§1.3材料與生態(tài)環(huán)境概述長期以來，人

目前，保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約資源和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟已成為全人類的共同目標(biāo)。因此，材料的生產(chǎn)、使用和廢棄都必須考慮其與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，必需加強研究材料-環(huán)境-社會三者間的相互關(guān)系，注意材料開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的和諧，確保人類社會的可持續(xù)發(fā)展。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境64目前，保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約資源和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟已成廢氣廢水廢渣工業(yè)”三廢”

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境65廢氣廢水廢渣工業(yè)”三廢”§1.3材料與生態(tài)環(huán)境65

資源開采—生產(chǎn)加工—消費使用—廢物丟棄。

與材料相關(guān)的產(chǎn)業(yè)既是資源消耗的大戶，也是能源消耗的大戶，又是環(huán)境污染的主要來源。

一個生產(chǎn)過程的輸出變?yōu)榱硪粋€（生產(chǎn)）過程的輸入，一個過程的廢物變成另一個過程的原料。

清潔生產(chǎn)、無害循環(huán)。思路：

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境66資源開采—生產(chǎn)加工—消費使用—廢物丟棄。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境

環(huán)境是人類周圍一切物質(zhì)、能量和信息的總和。環(huán)境污染的實質(zhì)在于人類的經(jīng)濟活動索取資源的速度超過了資源本身及其替代品的再生速度，同時向環(huán)境排放廢棄物的數(shù)量超過了環(huán)境本身的自凈能力。對人類活動而言，環(huán)境一般有三個作用：首先，環(huán)境是各種生物生存的基本條件，為人類從事生產(chǎn)和生活提供物質(zhì)基礎(chǔ)；其次，環(huán)境對人類經(jīng)濟活動所產(chǎn)生的廢物進(jìn)行消納、稀釋及轉(zhuǎn)化；第三，環(huán)境為人類的生產(chǎn)和生活提供精神享受。67§1.3材料與生態(tài)環(huán)境環(huán)境是人類周圍一生物多樣性日益減少；全球氣候持續(xù)變暖；森林面積銳減；大氣污染狀況持續(xù)惡化；水體污染日趨嚴(yán)重；固體廢棄物污染不斷增加；酸雨蔓延；海洋污染日益嚴(yán)重；臭氧層不斷破壞；土地荒漠化趨勢加劇。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境

由于資源過度消耗、人口激增以及環(huán)境污染等影響，目前全球有十大環(huán)境污染問題，包括：68§1.3材料與生態(tài)環(huán)境由于資源過度消耗

盡管發(fā)達(dá)國家的空氣污染、水污染等環(huán)境問題得到了一定程度的治理，但并沒有從根本上解決經(jīng)濟發(fā)展過程中產(chǎn)生的各種環(huán)境污染。我國作為發(fā)展中國家，人口總多，人均資源少，生態(tài)環(huán)境脆弱，發(fā)展水平低。因此，在創(chuàng)造經(jīng)濟增長奇跡的同時，努力改善生態(tài)環(huán)境狀況，尋求環(huán)境與社會、經(jīng)濟、人口相協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展道路，具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實意義。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境69盡管發(fā)達(dá)國家的空氣污染、水污染等環(huán)境問題得到了一廢物再利用世界上本沒有垃圾，它只是沒有被人們認(rèn)識！垃圾只是堆錯地方的資源！

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境70廢物再利用世界上本沒有垃圾，它只是沒有被人們認(rèn)識！垃圾只是堆●材料的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與生態(tài)環(huán)境材料1.材料的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略◆保證材料性能的同時，盡可能節(jié)約資源與減少環(huán)境污染，改變片面追求性能的舊觀點；◆重視對材料及其產(chǎn)品整個壽命周期對環(huán)境協(xié)調(diào)性的評價；◆不但講科學(xué)技術(shù)效益、經(jīng)濟效益，還要將社會效益，將材料科技與產(chǎn)業(yè)具體目標(biāo)和各國、各地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的大目標(biāo)結(jié)合起來。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境71●材料的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與生態(tài)環(huán)境材料1.材料的可持續(xù)發(fā)展2.

生態(tài)環(huán)境材料的研發(fā)20世紀(jì)90年代以來國際材料與工程的最新趨勢。

生態(tài)環(huán)境材料：同時具有優(yōu)良使用性能和最佳環(huán)境協(xié)調(diào)性能的材料。其特征：①資源、能源消耗少，生態(tài)和環(huán)境污染??；②再生利用率高或可降解化和可循環(huán)利用；③在制造、使用、廢棄直到再生利用的整個壽命周期中均與環(huán)境協(xié)調(diào)共存。

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境722.生態(tài)環(huán)境材料的研發(fā)20世紀(jì)90年代以來國際材料與工程

途徑：

或開發(fā)新材料;

或改進(jìn)、改造傳統(tǒng)材料（達(dá)到節(jié)約資料并與環(huán)境協(xié)調(diào)）。

4倍因子理論：半份消耗，倍數(shù)產(chǎn)出→其結(jié)果4倍產(chǎn)出（同樣資源消耗水平）。

兩大主題：

（2）LCA：LifeCycleAssessment即材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評價。（1）生態(tài)環(huán)境材料設(shè)計、研究與開發(fā)；

§1.3材料與生態(tài)環(huán)境73途徑：或開發(fā)新材料;4倍因子理論：半份消耗，倍數(shù)產(chǎn)出→●材料與循環(huán)經(jīng)濟

近百年來的工業(yè)革命和科技進(jìn)步促進(jìn)了現(xiàn)代社會在經(jīng)濟、文化、軍事及社會生活各個方面的快速發(fā)展，極大地豐富了人類的物質(zhì)文化生活，使人類的生活呈現(xiàn)出絢麗燦爛、多姿多彩的局面。但與之相伴隨的卻是人類生存環(huán)境的快速惡化。那么，人類社會如何在持續(xù)發(fā)展的同時，最大限度地保護(hù)與之相適應(yīng)的生態(tài)環(huán)境呢？

自1972年