材料簡史及材料未來：材料減量化新趨勢

瓦茨拉夫·斯米爾（VACLAV SMIL）從事能源、環(huán)境和人口變化、食物生產(chǎn)及營養(yǎng)、技術創(chuàng)新、風險評估和公共政策領域的跨學科研究。他已經(jīng)出版了30多本專著，發(fā)表了500多篇論文。

斯米爾是曼尼托巴大學特聘的榮譽退休教授，加拿大皇家學院（科學院）研究員，第一個被美國科學促進會授予科學和技術公眾普及獎的非美籍學者。

2001年，斯米爾入選《國外政策》雜志評選的全球思想家50強。

著有《美國制造》《收割生物圈》等暢銷書

序言/毛偉明（工業(yè)和信息化部副部長）

比爾蓋茨讀書筆記 // XI

前言：為何？如何？ // XVII

內(nèi)容概覽 // XXI

一路走來 // 001

1. 生物使用的材料 // 002

2. 史前材料 // 009

3. 古代和中世紀材料 // 015

4. 近代早期材料 // 027

5. 創(chuàng)建現(xiàn)代材料文明 // 035

6. 20 世紀的材料 // 048

最重要的事 // 066

1. 生物材料 // 067

2. 建筑材料 // 079

3. 金屬 // 088

4. 塑料 // 096

5. 工業(yè)氣體 // 103

6. 肥料 // 111

7. 電子材料 // 115

材料流 // 121

1. 材料流統(tǒng)計體系 // 124

2. 美國的材料流 // 130

3. 歐洲數(shù)據(jù) // 139

4. 中國現(xiàn)代化進程中的材料 // 144

5. 材料能耗成本 // 151

6. 生命周期評估 // 169

7. 循環(huán)利用 // 185

材料減量化新趨勢 // 197

1. 材料絕對減量化 // 199

2. 材料相對減量化：具體重量減少 // 203

3. 材料減量化的結果 // 216

4. 現(xiàn)代經(jīng)濟中的材料相對減量化 // 232

5. 正在降低的能源密度 // 243

6. 脫碳和脫硫 // 258

材料的未來 // 267

1. 自然資源 // 270

2. 減少浪費 // 281

3. 新材料和材料減量化 // 288

4. 根本背離的可能性 // 295

譯者后記 // 310

附錄 A ：單位和倍數(shù)單位 // 312

附錄 B ：美國材料產(chǎn)量、GDP 和人口（1900—2005）// 313

附錄 C ：全球污染、經(jīng)濟生產(chǎn)、食物產(chǎn)量、主要 材料和燃料（1900—2010）// 314

附錄 D ：2010 年主要材料的全球能源成本 // 315

附錄 E ：脫碳和脫硫含量 // 316

參考文獻 // 3172100433B

這個豐饒的世界還有多少材料可供消費？相對“去材料化”是否會導致材料需求量的絕對減少？《材料簡史及材料未來》這本書對上述問題及與此相關的諸多問題進行了探索和解答。

斗轉星移，現(xiàn)代社會已經(jīng)完全依賴于前所未有的材料流。當前，即便是擁有最高效的生產(chǎn)流程和最實用的循環(huán)系統(tǒng)，“去材料化”的效率也不大可能足以抵消由于人口的持續(xù)增長和生活水平的不斷提升，所引發(fā)的對材料需求的不斷增加。本書探討了現(xiàn)代經(jīng)濟的成本依賴現(xiàn)象及其“去材料化”的內(nèi)在潛質。

本書考察了整個人類歷史進程中出現(xiàn)的各種重要材料提取、生產(chǎn)及主要應用的歷史變遷。同時，該書翔實研究了推動生產(chǎn)力大發(fā)展的重要材料的提取、加工、合成、精修和配送，以及能源成本和環(huán)境因素對材料消費增長的影響。最后，本書以“未來展望”作為全篇總結，探討了“去材料化”的前景和材料科學的潛在約束。本書的跨學科主題為具有資源經(jīng)濟學、環(huán)境學、能量分析、礦物地質學、產(chǎn)業(yè)組織學、制造業(yè)及材料科學等研究背景的讀者提供了頗為實用的觀點。

60年代末，美國布魯海文國家實驗室首先發(fā)現(xiàn)鎂鎳合金具有吸氫特性。幾乎同時，荷蘭菲浦實驗室在研究作為磁性材料IaNi5的性能時，偶然發(fā)現(xiàn)LaNi₅能大量可逆吸、放氫的性能。1974年日本松下電器公司發(fā)現(xiàn)鈦錳合金具有極高的吸氫能力。中國貯氫材料的研究始于70年代末，解決了TiTe的常溫活化難題，浙江大學發(fā)展了 Mn1-x CaxNi₅系貯氫材料。

中國是世界上最先發(fā)現(xiàn)物質磁性現(xiàn)象和應用磁性材料的國家。早在戰(zhàn)國時期就有關于天然磁性材料（如磁鐵礦）的記載。11世紀就發(fā)明了制造人工永磁材料的方法。1086年《夢溪筆談》記載了指南針的制作和使用。1099～1102年有指南針用于航海的記述，同時還發(fā)現(xiàn)了地磁偏角的現(xiàn)象。近代，電力工業(yè)的發(fā)展促進了金屬磁性材料──硅鋼片（Si-Fe合金）的研制。永磁金屬從 19世紀的碳鋼發(fā)展到后來的稀土永磁合金，性能提高二百多倍。隨著通信技術的發(fā)展，軟磁金屬材料從片狀改為絲狀再改為粉狀，仍滿足不了頻率擴展的要求。20世紀40年代，荷蘭J.L.斯諾伊克發(fā)明電阻率高、高頻特性好的鐵氧體軟磁材料，接著又出現(xiàn)了價格低廉的永磁鐵氧體。50年代初，隨著電子計算機的發(fā)展，美籍華人王安首先使用矩磁合金元件作為計算機的內(nèi)存儲器，不久被矩磁鐵氧體記憶磁芯取代，后者在60～70年代曾對計算機的發(fā)展起過重要的作用。50年代初人們發(fā)現(xiàn)鐵氧體具有獨特的微波特性，制成一系列微波鐵氧體器件。壓磁材料在第一次世界大戰(zhàn)時即已用于聲納技術，但由于壓電陶瓷的出現(xiàn)，使用有所減少。后來又出現(xiàn)了強壓磁性的稀土合金。非晶態(tài)（無定形）磁性材料是近代磁學研究的成果，在發(fā)明快速淬火技術后，1967年解決了制帶工藝，正向實用化過渡。

在20世紀30年代中期，各國開始了吸收電磁波材料的研究，荷蘭制出了第一種微波吸收材料，日本東京工業(yè)大學研制出了鐵氧體，并在1932年取得了專利權。二次世界大戰(zhàn)期間，雷達探測飛機和水面艦艇有明顯進展，迫使各國千方百計尋找減少飛機和潛艇的被發(fā)現(xiàn)方法。其中著名的有德國的“煙囪掃描”計劃，主要目的是研制吸收雷達波的材料，用以裝備潛艇的通氣管和潛望鏡，共研制出兩種材料“韋許”(wesch)和“朱曼”(Jnuman)，厚度分別為7．6mm和76mm。美國麻省理工學院研制出0.60～1.88mm微波吸收材料。60年代，日本東京技術學院研究鐵氧體，取得很大進展。70年代中期以來，日本、美國及前蘇聯(lián)等國已研制出3．2～20GHz系列的微波吸收材料，并用于多種軍事裝備隱身材料。這個時期是隱身技術和微波吸收材料全面發(fā)展和推廣應用階段。美國已研制多種結構型微波吸收材料，如美國愛摩遜·卡明公司研制成的SF—RB材料厚度為3～5mm；洛克威爾公司研制出復雜蜂窩狀物。美國還研制成RAc0材料，厚度為10～20mm，反射頻率2～15GHz。

80年代中期以后，中國的微波吸收材料的研制已有很大進展。