源 （4）能源判据
材料在寿命循环中用最少的能耗获得最大的效益。 （5）环境判据
材料在寿命循环中对环境的负载最小。
7.4 环境材料的评价判据与方法
环境材料的评价方法： （1）能源评价法
单纯用材料生产中所耗能源来衡量材料对环境的影响； 例如：
1t 钢
1t 铝
31.8M料对环境的复杂影响，已基本淘汰。
在这种背景下，20世纪90年代初，国际上提 出了“环境材料” 的概念,并产生了一门新兴学 科――环境材料学。
7.1 环境材料概述
环境材料：指同时具有满意的使用性能和优 良的环境协调性的材料。
“环境协调性”是指对资源和能源的消耗小， 对环境的污染少。
7.2 环境材料的研究内容
理论研究包括：
（1）对材料的环境性能的评价。其中生命周期评估（life cycle assessment, LCA）已经成为这一领域的主流方法。 （2）材料的可持续发展理论。研究材料的使用效率，材料 的生态设计理论。 （3）材料流理论。清洁生产理论、再循环、降解、废物处 理理论等。
7.3 环境材料的设计
➢ 工业生态学 ➢ 材料流理论 ➢ 金属材料的生态设计
7.3 环境材料的设计
工业生态学的概念： 为了解决现存的一些工业过程和可持续发展的目标之间的矛
盾而提出的用来提高资源效率和促进环境保护的工业代谢理论。
理想的工业生态系统循环原理图
7.3 环境材料的设计
工业生态学的理论框架：
环境材料
新型金属材料
第7章 环境材料
南京理工大学材料科学与工程系
1952年伦敦大雾事件
1952年12月5－8日，大雾笼罩英国伦敦城。随着大气中的污染 物不断积聚，许多人感到呼吸困难，眼睛刺痛。仅仅四天时间， 死亡人数达到4000多人，史称“伦敦烟雾事件”，伦敦也因此得 到“雾都”的称号。
伦敦烟雾事件的主要原因是：居民冬季取暖烧煤和工业排放的烟 雾，生成CO, SO2, NO2等有害气体，将伦敦变成了一个毒气室。 直到20世纪70年代后，伦敦改用煤气和电力，并将火电站迁出城 外，烟雾事件才没有继续发生。
进行标准指标的定量化。
环境材料评价的5个判据： 质量判据、经济判据、资源判据、能源判据和环境判据。
共性判据
环境性判据
7.4 环境材料的评价判据与方法
（1）质量判据（或性能判据） 材料的质量（内在性能和表面质量）能否用于制造器件；
（2）经济判据 材料的生产进行经济核算，是否有利于降低成本。
（3）资源判据 单位质量材料由最少的资源量构成或尽量多地用可再生资
本章主要内容
1
环境材料概述
2
环境材料的研究内容
3
环境材料的设计
4 环境材料的评价判据与方法
5
金属材料的生态化改造
6
金属环境材料
7.1 环境材料概述
材料，为人类文明做出重大贡献，却也严重 破坏了人类家园。从原材料的开采、提炼、生产、 加工、使用一直到废弃的过程，无不以资源和能 源的极大消耗，生态环境的严重污染为代价。
典型的材料循环过程
7.3 环境材料的设计
金属材料的生态设计
金属材料生态设计的方向： 可循环金属材料的设计。
可循环金属材料设计的原则： （1）不使用循环再生过程中难以除去的元素； （2）尽可能不使用枯竭性元素； （3）不使用有毒元素；
7.3 环境材料的设计
金属可循环再生设计的主要手段：
（1）合金添加元素最少化 合金回收后，合金元素难以除去，会降低可循环再生
（3）杂质无害化 钢铁循环再生时容易混入铜、锡等杂质，杂质在晶界
偏析，既影响其使用性能，还影响其加工性能。 采用结晶晶粒微细化，使得杂质元素在材料中均匀固
溶，显著降低杂质元素对材料的负面影响。
7.4 环境材料的评价判据与方法
环境材料评价判据的含义： 对材料的环境协调性、经济性、功能性等主要的几个方面
用生态学方法分析工业生产过程，把一些传统的、生态环 境不相容的工业过程转化为环境相容的系统和过程。
可持续发展
工业生态学
文化系统
技术系统
自然系统
7.3 环境材料的设计
材料流理论
材料流：也称为材料链。是指用数学物理方法，对工业生产 过程中按照一定的生产工艺所投入的原材料的流动方向和数 量的一种定量分析理论。 材料流的理论基础：物质不灭定律和能量守恒定律。
2007年太湖蓝藻事件
从2007年5月29日开始，无锡市太湖区域大规模爆发蓝藻，导致 自来水无法饮用。中国科学院的研究的结果显示：工业污染增加、 农业面源污染扩大、城市生活污水直接入湖和渔业养殖规模急速 扩张是造成太湖水环境恶化的主要原因。
“这个事件反映出太湖已经非常脆弱了，自我调节能力已经严重 丧失，人类过度地使用自然必然遭到自然的报复。”
7.2 环境材料的研究内容
实用研究包括： （1）环境协调材料。强调材料与环境的兼容与协调， 开 发天然材料、绿色包装材料和绿色建筑材料等。 （2）环境净化和修复材料。指各种积极地防止污染和净化 环境的材料，如分离、吸附、转化污染物的材料。 （3）降解材料，指通过自身的分解减小对环境的污染。
7.2 环境材料的研究内容
7.4 环境材料的评价判据与方法
（2）环境负荷单位法 生产某种产品时对环境影响各种因素给与综合考虑； 环境影响因子(EAF-Environment affecting factor): EAF=F [ 资源，能源，污染物，生物影响，区域作用…] 环境负荷单位(ELU-Environment load unit) 每生产一个单位的产品，EAF的大小。
研究的过程（三步）
（1）治表：将积累下来的污染问题，利用材料科学与技术 进行末端治理，恢复对污染物的容纳能力和消化吸收能力。
（2）治本：将材料科学与技术用于环境保护，在清楚积累 的环境污染问题的同时，开展初端治理，在生产设计阶段 即考虑减少生产过程对环境的影响；
（3）回归：制备的材料和产品能够与环境尽量相容和协调， 使人类社会真正与大自然和谐共处。
性。通过对高纯金属性质的研究明确其它合金元素真正的作 用，作用必要元素添加量的依据。
（2）可循环再生复合方法 加入强化元素尽管可实现解决强韧化矛盾，但不利于
金属可循环再生性。通过工艺控制组织的复相化，改进强度 和延展性（如TRIP钢）。
7.3 环境材料的设计
复相组织改进强度与延伸率的关系图
7.3 环境材料的设计