院士论坛 表【葵团及加州的汽车尾气标准】 (a)资源的综合利用； 排放量美美 加 LEV ULEV (b)从资源的可循环性设计材料的成分和工 (g/哩)199019941993(1994) (1997) (97-2000) H0.410.250.250.125 0.075 0.040 艺； C03.4 3.43.4 3.4 3.4 3.4 (c)从当代的先进工艺，评价传统材料的成 N0.1.00.400.400.40 0.20 0.20 分，降低对环境的载荷； 对于材料的寿命全程的每一步的资源及能源消 (d)三废（气、水、垃圾）处理和回收资源的 耗量和有害物质（气、液、固）的排放量，已积累 科技，减少污染，回收资源。 了大量的数据，可评价单个因素对环境载荷的影 (4)能源一一有三方面问题： 响，但需持续地补充经济评价，以便“以利润为主 (a)能源的综合利用； 导思想”的企业家决策。 (b)开展洁净而丰富的能源材料（如太阳能、 关于材料的环境载荷的“寿命全程评价法” 水能、风能、核能、废热能、垃圾发电等)研究； (Life Cycle Assessment,,缩写为LCA),则需对上 (©)开展节能和利用太阳能的少污染的生态建 述三方面因素的综合评价，困难的问题是各个因素 筑材料研究。 权重因子和计算方法的选择，有待反复的研究和协 (5)环境污染控制一主要有四方面问题： 商解决。 (a)针对汽车尾气转化的高效经济的催化材 (2)性能过剩一使用材料的工程师依据工 料； 况，并依据经验，采用适当的安全系数，对材料的 (b)输入为化学信息、输出为电或光学信息的 主要性能提出要求，从而选择材料一标准的或新 传感器材料； 开发的。生产材料的工程师，为了“安全”或“广 (c)输出为力学信息的各种致动（或起动）材 告”，所生产的材料性能，也有“过剩”的倾向。 料； “信息过剩”，或噪声高，需要过滤；或占据人 (d)各种有毒物质的感知材料。 脑的记忆单元，需要舍弃。“性能过剩”，也会带来 以上(3)至(5)，分别对应于材料的资源、 其它不利的效应： 能耗及环保三个判据，减少环境载荷所需开展的主 (a)是否需要？以结构钢为例，一般以屈服强 要科技工作。 度（σ，）为主要性能指标，低合金高度钢的·，高于 碳钢，以前者代替后者，是否经济合算？分析结果 (五)结语 ([3]P433-6)表明： )对于固定结构，采用等强度判据，则这种 (1)材料的现代定义(2)是在“物美价廉” 代替，可节约钢材；是否有经济效益？还受两种钢 的前提下，考虑“可持续发展”基本战略所要求的 材的价格比的影响。 资源、能耗、环保三个判据；而生态材料（定义 )对于固定结构，若采用等刚度判据，则这 (5)则是在这个战略指引下，发扬“后发展的优 种代替不能节约钢材，反而增加了成本。 势”，吸收“先发展的教训”，不是“先污染后治 )对于交通运输等动态结构，如车辆、船舶 理”、像暴发户那样“豪华地使用自然资源和能源、 等，则钢材的节约，可增加运输量，从而增加经济 无情地污染环境”，而是首先主动地考虑材料的成 效益；对于航空航天器，重量的减小，更为重要。 分、工艺和使用，即“从摇蓝到坟墓(“from (b)是否有坏的副作用？仍以高强度结构钢为 cradle to tomb'”“从生到灭”)全过程对环境的载荷 例。在七十年代以前，没有断裂韧性KC的要求； (定义（1)，这是现代人类为了自身长久生存的重 接收传统的“强度愈高愈安全”的设计思想，导致 要新概念。 不少低于5的重大脆断事故。 (2)图2所示的材料与环境之间的关系，即定 (c)对于不需要的过剩性能，增加了对环境的 义(4)所指的生态关系，先说明社会环境。《纲 不必要载荷，不符合对材料的生态要求。 要〉中所提的两个根本转变和两个基本战略是 (3)资源一一对于材料工业来说，狭义的资源 1996至2010年的大杜会环境：其中两个根本转变 主要指矿旷物资源，也兼顾生产过程所需水源。从生 可促进材料经济判据的满足①；可持续发展战略既 态学考虑，有四方面问题： 受自然环境的限制②；又可促进材料三个战略判据 20卷2期 61 ?1994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net院士论坛 表 L 英国及 加州 的汽车尾 气标准 川 排放量 美 美 力l T I E V I EV U I E V (酬哩 ) 19 9 0 1 9 94 1 9 9 3 ( 19 9 4 ) ( 19 9 7 ) ( 9 7 一20 0 0 ) H C 0 . 4 1 0 . 25 0 . 2 5 0 . 12 5 0 . 0 7 5 0 04 0 C ( ) 3 . 4 3 . 4 3 4 3 . 4 3 4 3 4 N O x 1 . 0 0 . 4 0 0 . 4 0 0 . 4 0 0 2 0 0 2 0 对 于材料的寿 命全程的 每一步的资源 及能源 消 耗量和有害物质 (气 、 液 、 固 ) 的排放量 , 已积 累 了大 量 的数 据 , 可 评 价单 个 因素对 环 境载 荷 的影 响 , 但需持 续地补 充经济评价 , 以便 “ 以 利润为 主 导 思想 ” 的企业家决 策 。 关 于 材 料 的 环 境 载 荷 的 “ 寿 命全 程 评价 法 ” ( L i f e C y e l e A s s e s s m e n t , 缩 写 为 L C A ) , 则需 对 上 述 三方 面因素 的综合评价 , 困难的问题是 各个 因素 权 重 因子 和计算方法 的选择 , 有待反复 的研究和协 商 解决 。 ( 2 ) 性 能 过 剩— 使 用 材 料 的 工 程 师 依 据 工 况 , 并依 据经验 , 采用适 当的安 全 系数 , 对材料的 主要性能提 出要求 , 从而选择材 料— 标准的或新 开发的 。 生产材料 的工程师 , 为了 “ 安全 ” 或 “ 广 告 ” , 所 生产的材料性 能 也 有 “ 过剩 ” 的倾 向 。 “ 信息过 剩 ” , 或噪声高 , 需 要过滤 ; 或占据人 脑的记忆 单元 , 需 要舍弃 。 “ 性 能过剩 ” , 也会带来 其它 不利的效应 : ( a ) 是 否需要? 以结构钢为例 , 一 般 以屈 服强 度 ( 。 s ) 为主要性 能指标 , 低合金高度 钢的 。 , 高于 碳钢 , 以前者代替后者 , 是 否经 济合算? 分析结果 ( 〔3 ] P 4 3 3一6 ) 表 明 : i) 对 于固定 结 构 , 采 用等强 度 判 据 , 则这 种 代替 , 可节约钢材 ; 是否有经 济效益? 还 受两种钢 材的价格 比的影响 。 i) 对 于 固定 结构 , 若 采用 等刚 度 判据 , 则这 种代替不 能节约钢 材 , 反 而增 加 了成本 。 i ) 对 于交通运输 等动 态结 构 , 如 车辆 、 船舶 等 , 则钢 材的节约 , 可增加运输 量 , 从 而增加经济 效益 ; 对于航 空航天器 , 重 量的减小 , 更为重要 。 ( b) 是否有坏 的副作用? 仍 以高强 度结构钢为 例 。 在七 十年 代以 前 , 没 有断 裂 韧性 KI C 的要 求 ; 接收 传统 的 “ 强 度愈高愈安全 ” 的设计 思想 , 导致 不少低于 。 5 的重大 脆断事故 。 ( c ) 对于不需 要的过剩性 能 增加 了对 环境 的 不必要载 荷 , 不符 合对材料 的生态要求 。 ( 3) 资源— 对于材料 工业来说 , 狭 义的资源 主要指矿 物资源 , 也兼顾 生产过程所需 水源 。 从 生 态学 考虑 , 有 四方 面 问题 : ( a) 资源的综 合利 用 ; ( b) 从资源 的 可 循 环性 设 计 材 料 的 成 分 和 工 艺 ; ( 。 ) 从 当代 的 先进 工 艺 , 评 价 传 统 材 料 的 成 分 , 降低对环 境的载 荷 ; ( d) 三废 ( 气 、 水 、 垃 圾 ) 处理和 回收 资源 的 科技 , 减少污染 , 回收资源 。 ( 4) 能源— 有三 方面 问题 : ( a) 能 源的综合利 用 ; ( b) 开展洁 净而 丰 富 的 能源 材 料 ( 如 太 阳能 、 水能 、 风能 、 核能 、 废 热能 、 垃圾 发 电等 ) 研 究 ; ( c ) 开 展节能和 利用太 阳能 的少 污染 的生 态建 筑材 料研究 。 ( 5) 环境 污染控制— 主要有 四 方 面问题 : ( a ) 针 对 汽 车尾 气 转 化 的高 效 经 济 的 催 化 材 料 ; ( b) 输入 为化学信息 、 输出 为电或光 学信息的 传感器 材料 ; ( c ) 输 出为力学信息的各种致 动 ( 或起 动 ) 材 料 ; ( d) 各种有 毒物 质的感 知材料 。 以上 ( 3) 至 ( 5) , 分 别 对 应 于 材 料 的资 源 、 能耗及 环保三个 判据 , 减少 环境载荷所需 开展 的主 要科技 工作 。 (五 ) 结语 ( 1) 材 料 的 现 代 定 义 ( 2) 是 在 “ 物 美 价 廉 ” 的前提 下 , 考虑 “ 可持 续发 展 ” 基 本战略 所要 求的 资源 、 能 耗 、 环 保三 个 判 据 ; 而 生 态材 料 ( 定 义 ( 5) ) 则是在这 个战 略 指 引下 , 发扬 “ 后发 展 的优 势 ” , 吸收 “ 先 发 展 的 教 训 ” , 不 是 “ 先 污 染 后 治 理 ” 、 像暴发户 那样 “ 豪 华地 使用 自然资源 和能 源 、 无情地污染环境 ” , 而是 首 先 主 动地 考虑材 料 的成 分 、 工 艺 和 使 用 , 即 “ 从 摇 蓝 到 坟 墓 ( “ f or m c r a d l e t o t o m b ” “ 从生 到灭 ” ) 全过 程对 环境 的载荷 ( 定义 ( 1 ) ) , 这 是现 代人类 为了 自身长 久生存的重 要新 概念 。 ( 2 ) 图 2 所 示 的材料与环境之 间的关 系 , 即定 义 ( 4) 所指的 生 态 关 系 , 先说 明社 会 月键竟 。 ( 纲 要》 中所 提 的 两 个 根 本 转 变 和 两 个 基 本 战 略 是 1 9 9 6 至 2 01 0 年的大 社会 环境 : 其 中两个 根 本转 变 可促进 材料经 济判据的满足 ① ; 可持续 发展战 略既 受 自然环境的限制② ; 又 可 促进材料三个 战略 判据 2 0 卷 2 期