電子計(jì)算機(jī)制造業(yè)中新材料的使用與環(huán)保的關(guān)系.docx

電子計(jì)算機(jī)制造業(yè)中新材料的使用與環(huán)保的關(guān)系趙詩陽摘要：材料化學(xué)作為一門前沿學(xué)科，與人類文明發(fā)展進(jìn)步息息相關(guān)?，F(xiàn)代科技的進(jìn)步依賴于新材料技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)材料化學(xué)的研究變得更加重要。從軍工產(chǎn)業(yè)到民用工業(yè)，從能源行業(yè)到日化及食品，幾乎所有的制造行業(yè)都與材料化學(xué)的研究密不可分。其中電子計(jì)算機(jī)生產(chǎn)商對新材料研究更是十分重視，如今電子產(chǎn)品市場行情火爆，與材料化學(xué)學(xué)科相似，電子計(jì)算機(jī)制造行業(yè)發(fā)展勢頭也是十分迅猛。在環(huán)境保護(hù)呼聲高漲的今天，商家對于生產(chǎn)產(chǎn)品所使用的材料以及產(chǎn)品包裝材料的選擇已經(jīng)從過去的節(jié)省成本便于制造原則逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯虡I(yè)成本與環(huán)境成本并重的原則。而材料化學(xué)在這一重要的新變革背景之下正在彰顯出其至關(guān)重要的作用。關(guān)鍵詞：材料化學(xué)；環(huán)保；電子計(jì)算機(jī)制造業(yè)；新型材料Computer Manufacturing Industry in the Use of New Materials and Environmental ProtectionZHAO Shi-yangAbstract: The materials chemistry as a frontier, closely related with the development and progress of human civilization. Modern technological advances rely on the developing of new materials technology, into the 21st century, the study of materials chemistry becomes more important. From the military-industrial complex to civilian industries, from energy to the daily chemical and food industry, almost all manufacturing industries are inextricably linked with materials chemistry research. The computer manufacturers is even more seriously on new materials research. The computer manufacturing industry similar to materials chemistry is also very fast development. The voice in environmental protection is higher and higher. The principle of businesses to choose the material for producing have become from the manufacturing cost savings to the environmental cost saving. And materials chemistry in the context of important new changes are highlights its vital role.Key words: Materials Chemistry; environmental protection; computer manufacturing; new material一、 材料化學(xué)與環(huán)境保護(hù)材料化學(xué)是材料學(xué)與化學(xué)的交叉學(xué)科，材料主要分為金屬材料、無機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料等幾大類。其主要研究的問題是材料的結(jié)構(gòu)與性能。材料的結(jié)構(gòu)與性能直接相關(guān)，而材料的制備、加工過程又決定了材料組織結(jié)構(gòu)的演化。在材料化學(xué)研究中，材料的結(jié)構(gòu)的是材料研究的核心，材料的制備則是材料開發(fā)應(yīng)用的關(guān)鍵。從新石器時(shí)代開始，人類逐漸學(xué)會自己制造人造材料從而結(jié)束了舊石器時(shí)代靠天吃飯式的使用天然材料的歷史階段。在這個漫長的過程中，人造材料愈來愈豐富，從最初相繼出現(xiàn)的三大人造材料（陶、銅、鐵）到近代各種高級金屬、高技術(shù)陶瓷、合成高分子材料出現(xiàn)。從歷史角度來看，20世紀(jì)以前材料利用的進(jìn)步，是大量依靠人們的經(jīng)驗(yàn)、技巧、繼承和積累，這個過程十分緩慢。而20世紀(jì)前后，隨著物理學(xué)和化學(xué)等科學(xué)的發(fā)展，以及各種監(jiān)測技術(shù)的出現(xiàn)，一方面從化學(xué)角度出發(fā)，開始研究材料的化學(xué)組成、化學(xué)鍵、結(jié)構(gòu)以及合成方法。另一方面從物理的角度開始研究材料的組成、結(jié)構(gòu)以及性能的關(guān)系，并研究材料制備和使用材料的有關(guān)工藝等問題。正是由于物理和化學(xué)等科學(xué)理論在材料技術(shù)中的應(yīng)用，從而才形成真正意義上的材料科學(xué)，從此以后，人造材料的合成上升到一個新的階段。而材料化學(xué)也逐漸的從經(jīng)驗(yàn)學(xué)科走向理性科學(xué)?，F(xiàn)代材料的發(fā)展又增加了環(huán)境因素（廣義的環(huán)境可以理解為材料生產(chǎn)的資源和材料全過程的環(huán)境影響問題）。材料的資源和環(huán)境污染問題是一個重大而迫切的新課題，從而也帶來了對材料認(rèn)知的新觀念、新思路、新方法。工業(yè)文明對基本資源的大量消耗，構(gòu)成嚴(yán)重的環(huán)境問題。此外環(huán)境的污染和溫室氣體排放也成為當(dāng)今最為熱門的環(huán)境保護(hù)話題。工業(yè)生產(chǎn)過程中需要以消耗大量能源為代價(jià)創(chuàng)造利潤；同時(shí)為了制造產(chǎn)品，不得不產(chǎn)生很多有害的副“產(chǎn)品”從而導(dǎo)致環(huán)境遭到污染，嚴(yán)重的威脅到人們的身體健康；而隨著溫室效應(yīng)的加劇，生產(chǎn)過程中的溫室氣體排放現(xiàn)象也逐漸為人們所重視。由此可見，能耗、污染以及碳排放給人類的生存環(huán)境帶來了巨大的壓力，已經(jīng)成為當(dāng)今環(huán)境保護(hù)的三大主要課題。二、 電子計(jì)算機(jī)制造業(yè)對環(huán)境造成的影響隨著電子計(jì)算機(jī)小型化、微型化的程度越來越高，電子計(jì)算機(jī)逐漸走向校園與家庭，開始在平民中普及。進(jìn)入21世紀(jì)之后，互聯(lián)網(wǎng)對于人類文明發(fā)展的促進(jìn)作用越來越明顯，同時(shí)人們對于網(wǎng)絡(luò)的依賴程度越來越高，尤其是在進(jìn)入web2.0時(shí)代之后，電子計(jì)算機(jī)作為人們接觸網(wǎng)絡(luò)的一大介質(zhì)，其普及程度達(dá)到了前所未有的高度。同時(shí)相對應(yīng)的，為了滿足上述成幾何倍數(shù)增長的市場需求，電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)規(guī)模也在以驚人的勢頭飛速發(fā)展。然而電子計(jì)算機(jī)制造業(yè)紅火的同時(shí)，卻也為地球環(huán)境帶來了一定程度上的負(fù)面影響。計(jì)算機(jī)最大的負(fù)面影響表現(xiàn)于其高物耗和高能耗。制造一臺電子計(jì)算機(jī)需要700多種原材料和化學(xué)物質(zhì)，其中大部分用在半導(dǎo)體元件和印刷線路板上。而制造一塊芯片有400道工序，涂料的刻劃和清洗需要用到高純度的氫氟酸、氫氯酸、砷化氫，磷化氫等化學(xué)物質(zhì)。下面關(guān)于芯片制造的例子可以直觀的反映出電子計(jì)算機(jī)生產(chǎn)制造中的高物耗：制造10克重的芯片需要使用284克液態(tài)化合物，而中和這些酸則需要消耗11千克的氫氧化鈉，此外酸洗液的排除和線路板的清潔還需要消耗大量的水。據(jù)估算，制造一臺微型計(jì)算機(jī)需要消耗水3.3萬升，耗電2315瓦。美國微電子和電腦協(xié)會的一份研究報(bào)告指出，電子計(jì)算機(jī)的高物耗、高能耗以及其對環(huán)境的影響是當(dāng)今所有制造中最大的。電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)紅火帶來的另一個環(huán)境的難題在于廢舊電子計(jì)算機(jī)的處理。當(dāng)今電子計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展速度之快，用戶使用計(jì)算機(jī)也必須與時(shí)俱進(jìn)，要隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展馬不停蹄地更新、升級硬件。然而被淘汰的舊零部件或電子計(jì)算機(jī)卻環(huán)境保護(hù)工作出了一道大難題。例如電子計(jì)算機(jī)核心部件主板，它由重金屬做成，一旦一臺電子計(jì)算機(jī)被淘汰而成為垃圾，主板上的重金屬就會對環(huán)境造成污染甚至可能威脅到人們的身體健康狀況。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國連接網(wǎng)絡(luò)的電腦已經(jīng)超過四億臺，如此龐大的基數(shù)，在計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代時(shí)若不能做好回收工作，必定對環(huán)境造成巨大的影響。三、 電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)為環(huán)境保護(hù)而生的改良行為綜上所述，計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)、回收以及使用過程中會消耗大量的能源并排放大量的溫室氣體，同時(shí)還會對環(huán)境造成污染。本著可持續(xù)發(fā)展的原則，電子計(jì)算機(jī)制造商們也在不斷摸索著更多的替代方案，使得電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)帶來的高物耗和高能耗以及環(huán)境污染程度最大限度的降低。因此綠色計(jì)算機(jī)的概念被提出。綠色計(jì)算機(jī)最早出現(xiàn)于美國。如今，數(shù)以萬計(jì)的科學(xué)工作者正在研究綠色計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)和使用方法，以減輕電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)給環(huán)境造成的壓力，目前這方面已取得不少進(jìn)展。生產(chǎn)電子計(jì)算機(jī)，盈利往往是個人（企業(yè)），但物耗、能耗以及污染和碳排放帶來的環(huán)境負(fù)擔(dān)則是由公眾承擔(dān)。對此，美國政府提供了很好的解決范例。自1993年起，美國聯(lián)邦政府部門只購買帶有能源之星標(biāo)志的綠色電腦，各大硬件商只得乖乖跟從。而2003年歐盟則開始執(zhí)行一項(xiàng)嚴(yán)苛的條令RoSH條令，即在電子電氣設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令，全稱為The Restriction of the use of certain Hazardous substances in Electrical and Electronic Equipment，也稱2002/95/EC指令，2005年歐盟又以2005/618/EC決議的形式對2002/95/EC進(jìn)行了補(bǔ)充，明確規(guī)定了六種有害物質(zhì)（鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯、多溴二苯醚）的最大限量值。正是由于科學(xué)合理而有強(qiáng)制有力的政策性規(guī)定出臺，才促使了電子計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備生產(chǎn)商為保護(hù)環(huán)境，降低污染程度以及節(jié)能減排而實(shí)施技術(shù)改良。解決電子計(jì)算機(jī)制造業(yè)帶來的環(huán)境問題主要從兩個方面入手：1、通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝降低生產(chǎn)過程中的能耗以及物耗，同時(shí)還可以減少有害物質(zhì)的排出以降低計(jì)算機(jī)生產(chǎn)制造對環(huán)境造成的污染；2、通過引入替代材料可以做到在減少污染的同時(shí)方便淘汰后的回收工作。四、 材料化學(xué)在電子計(jì)算機(jī)制造業(yè)改良行為中的應(yīng)用在傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)制造行業(yè)中，硬件生產(chǎn)商需要使用到大量有毒有害物質(zhì)。其中，阻燃劑就是有毒有害物質(zhì)的典型代表。例如溴化阻燃劑BFR。該阻燃劑是一種一群含溴的有機(jī)化合物的統(tǒng)稱，這些有機(jī)化合物可作為阻燃劑使用，應(yīng)用在塑膠及紡織品上的防火效果很好，是主要的化學(xué)阻燃劑之一。并且，溴化阻燃劑除了可以降低起火可能性以外，還能組織大火蔓延，因此，溴化阻燃劑的用途十分廣泛。在電子計(jì)算機(jī)生產(chǎn)制造中，印刷電路板、零件（如連接器）、塑膠外殼以及纜線都會用到含溴阻燃劑。然而大部分溴化阻燃劑為脂溶性，容易積累在人體內(nèi)，因此歐盟出臺的RoSH條令，開始限制包含有溴化阻燃劑的六種有害物質(zhì)的使用。以蘋果公司為例，她在其每一款產(chǎn)品的環(huán)境報(bào)告書中都承諾嚴(yán)格遵守RoSH條令，謹(jǐn)慎使用條令中明確規(guī)定的受限物質(zhì)，并明確產(chǎn)品生產(chǎn)所食用物質(zhì)的種類和用量。而蘋果公司在其2008年的環(huán)境報(bào)告書中則宣稱，蘋果在2008年底之前將在其所有產(chǎn)品中全面禁止溴化阻燃劑（BFR）的使用。通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝，以及采用危害較小的替代物質(zhì)，蘋果公司徹底實(shí)現(xiàn)了其在2007年設(shè)立的在整個生產(chǎn)線中都禁止使用任何形式的氯和溴的目標(biāo)。因此，就連許多硬件制造商還在使用的聚氯乙烯（PVC）材料，已經(jīng)徹底從蘋果公司的產(chǎn)品中去除。蘋果走在了RoSH條令前面這一現(xiàn)象，也反映出在計(jì)算機(jī)制造行業(yè)中有毒材料逐漸被新的無毒（或毒性較輕）材料替代這一大趨勢。在這一系列過程中，材料化學(xué)學(xué)科研究起到了重要的作用，通過科學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)材料弊端，并發(fā)掘新型替代材料以消除弊端。同時(shí)新材料在投入生產(chǎn)后必須根據(jù)其性質(zhì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出一系列全新的生產(chǎn)工藝。這些復(fù)雜的工序都必須以材料化學(xué)學(xué)科研究所得出的理論和數(shù)據(jù)作為指導(dǎo)思想才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，材料化學(xué)的研究并不僅僅可以在減少污染方面作出貢獻(xiàn)，例如蘋果公司充分研究了鋁合金作為電子計(jì)算機(jī)外殼的