电子计算机制造业中新材料的使用与环保的关系

电子计算机制造业中新材料的使用与环保的关系赵诗阳摘要：材料化学作为一门前沿学科，与人类文明发展进步息息相关。现代科技的进步依赖于新材料技术的发展，进入21世纪材料化学的研究变得更加重要。从军工产业到民用工业，从能源行业到日化及食品，几乎所有的制造行业都与材料化学的研究密不可分。其中电子计算机生产商对新材料研究更是十分重视，如今电子产品市场行情火爆，与材料化学学科相似，电子计算机制造行业发展势头也是十分迅猛。在环境保护呼声高涨的今天，商家对于生产产品所使用的材料以及产品包装材料的选择已经从过去的节省成本便于制造原则逐渐转变为商业成本与环境成本并重的原则。而材料化学在这一重要的新变革背景之下正在彰显出其至关重要的作用。关键词：材料化学；环保；电子计算机制造业；新型材料ComputerManufacturingIndustryintheUseofNewMaterialsandEnvironmentalProtectionZHAOShi-yangAbstract:Thematerialschemistryasafrontier,closelyrelatedwiththedevelopmentandprogressofhumancivilization.Moderntechnologicaladvancesrelyonthedevelopingofnewmaterialstechnology,intothe21stcentury,thestudyofmaterialschemistrybecomesmoreimportant.Fromthemilitary-industrialcomplextocivilianindustries,fromenergytothedailychemicalandfoodindustry,almostallmanufacturingindustriesareinextricablylinkedwithmaterialschemistryresearch.Thecomputermanufacturersisevenmoreseriouslyonnewmaterialsresearch.Thecomputermanufacturingindustrysimilartomaterialschemistryisalsoveryfastdevelopment.Thevoiceinenvironmentalprotectionishigherandhigher.Theprincipleofbusinessestochoosethematerialforproducinghavebecomefromthemanufacturingcostsavingstotheenvironmentalcostsaving.Andmaterialschemistryinthecontextofimportantnewchangesarehighlightsitsvitalrole.Keywords:MaterialsChemistry;environmentalprotection;computermanufacturing;newmaterial一、材料化学与环境保护材料化学是材料学与化学的交叉学科，材料主要分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料等几大类。其主要研究的问题是材料的结构与性能。材料的结构与性能直接相关，而材料的制备、加工过程又决定了材料组织结构的演化。在材料化学研究中，材料的结构的是材料研究的核心，材料的制备则是材料开发应用的关键。从新石器时代开始，人类逐渐学会自己制造人造材料从而结束了旧石器时代靠天吃饭式的使用天然材料的历史阶段。在这个漫长的过程中，人造材料愈来愈丰富，从最初相继出现的三大人造材料（陶、铜、铁）到近代各种高级金属、高技术陶瓷、合成高分子材料出现。从历史角度来看，20世纪以前材料利用的进步，是大量依靠人们的经验、技巧、继承和积累，这个过程十分缓慢。而20世纪前后，随着物理学和化学等科学的发展，以及各种监测技术的出现，一方面从化学角度出发，开始研究材料的化学组成、化学键、结构以及合成方法。另一方面从物理的角度开始研究材料的组成、结构以及性能的关系，并研究材料制备和使用材料的有关工艺等问题。正是由于物理和化学等科学理论在材料技术中的应用，从而才形成真正意义上的材料科学，从此以后，人造材料的合成上升到一个新的阶段。而材料化学也逐渐的从经验学科走向理性科学。现代材料的发展又增加了环境因素（广义的环境可以理解为材料生产的资源和材料全过程的环境影响问题）。材料的资源和环境污染问题是一个重大而迫切的新课题，从而也带来了对材料认知的新观念、新思路、新方法。工业文明对基本资源的大量消耗，构成严重的环境问题。此外环境的污染和温室气体排放也成为当今最为热门的环境保护话题。工业生产过程中需要以消耗大量能源为代价创造利润；同时为了制造产品，不得不产生很多有害的副“产品”从而导致环境遭到污染，严重的威胁到人们的身体健康；而随着温室效应的加剧，生产过程中的温室气体排放现象也逐渐为人们所重视。由此可见，能耗、污染以及碳排放给人类的生存环境带来了巨大的压力，已经成为当今环境保护的三大主要课题。二、电子计算机制造业对环境造成的影响随着电子计算机小型化、微型化的程度越来越高，电子计算机逐渐走向校园与家庭，开始在平民中普及。进入21世纪之后，互联网对于人类文明发展的促进作用越来越明显，同时人们对于网络的依赖程度越来越高，尤其是在进入web2.0时代之后，电子计算机作为人们接触网络的一大介质，其普及程度达到了前所未有的高度。同时相对应的，为了满足上述成几何倍数增长的市场需求，电子计算机产业规模也在以惊人的势头飞速发展。然而电子计算机制造业红火的同时，却也为地球环境带来了一定程度上的负面影响。计算机最大的负面影响表现于其高物耗和高能耗。制造一台电子计算机需要700多种原材料和化学物质，其中大部分用在半导体元件和印刷线路板上。而制造一块芯片有400道工序，涂料的刻划和清洗需要用到高纯度的氢氟酸、氢氯酸、砷化氢，磷化氢等化学物质。下面关于芯片制造的例子可以直观的反映出电子计算机生产制造中的高物耗：制造10克重的芯片需要使用284克液态化合物，而中和这些酸则需要消耗11千克的氢氧化钠，此外酸洗液的排除和线路板的清洁还需要消耗大量的水。据估算，制造一台微型计算机需要消耗水3.3万升，耗电2315瓦。美国微电子和电脑协会的一份研究报告指出，电子计算机的高物耗、高能耗以及其对环境的影响是当今所有制造中最大的。电子计算机产业红火带来的另一个环境的难题在于废旧电子计算机的处理。当今电子计算机技术发展速度之快，用户使用计算机也必须与时俱进，要随着电子计算机技术的发展马不停蹄地更新、升级硬件。然而被淘汰的旧零部件或电子计算机却环境保护工作出了一道大难题。例如电子计算机核心部件主板，它由重金属做成，一旦一台电子计算机被淘汰而成为垃圾，主板上的重金属就会对环境造成污染甚至可能威胁到人们的身体健康状况。据统计，我国连接网络的电脑已经超过四亿台，如此庞大的基数，在计算机更新换代时若不能做好回收工作，必定对环境造成巨大的影响。三、电子计算机产业为环境保护而生的改良行为综上所述，计算机的生产、回收以及使用过程中会消耗大量的能源并排放大量的温室气体，同时还会对环境造成污染。本着可持续发展的原则，电子计算机制造商们也在不断摸索着更多的替代方案，使得电子计算机产业带来的高物耗和高能耗以及环境污染程度最大限度的降低。因此绿色计算机的概念被提出。绿色计算机最早出现于美国。如今，数以万计的科学工作者正在研究绿色计算机的生产和使用方法，以减轻电子计算机产业给环境造成的压力，目前这方面已取得不少进展。生产电子计算机，盈利往往是个人（企业），但物耗、能耗以及污染和碳排放带来的环境负担则是由公众承担。对此，美国政府提供了很好的解决范例。自1993年起，美国联邦政府部门只购买带有能源之星标志的绿色电脑，各大硬件商只得乖乖跟从。而2003年欧盟则开始执行一项严苛的条令——RoSH条令，即在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令，全称为TheRestrictionoftheuseofcertainHazardoussubstancesinElectricalandElectronicEquipment，也称2002/95/EC指令，2005年欧盟又以2005/618/EC决议的形式对2002/95/EC进行了补充，明确规定了六种有害物质（铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚）的最大限量值。正是由于科学合理而有强制有力的政策性规定出台，才促使了电子计算机硬件设备生产商为保护环境，降低污染程度以及节能减排而实施技术改良。解决电子计算机制造业带来的环境问题主要从两个方面入手：1、通过改进生产工艺降低生产过程中的能耗以及物耗，同时还可以减少有害物质的排出以降低计算机生产制造对环境造成的污染；2、通过引入替代材料可以做到在减少污染的同时方便淘汰后的回收工作。四、材料化学在电子计算机制造业改良行为中的应用在传统的电子计算机制造行业中，硬件生产商需要使用到大量有毒有害物质。其中，阻燃剂就是有毒有害物质的典型代表。例如溴化阻燃剂BFR。该阻燃剂是一种一群含溴的有机化合物的统称，这些有机化合物可作为阻燃剂使用，应用在塑胶及纺织品上的防火效果很好，是主要的化学阻燃剂之一。并且，溴化阻燃剂除了可以降低起火可能性以外，还能组织大火蔓延，因此，溴化阻燃剂的用途十分广泛。在电子计算机生产制造中，印刷电路板、零件（如连接器）、塑胶外壳以及缆线都会用到含溴阻燃剂。然而大部分溴化阻燃剂为脂溶性，容易积累在人体内，因此欧盟出台的RoSH条令，开始限制包含有溴化阻燃剂的六种有害物质的使用。以苹果公司为例，她在其每一款产品的环境报告书中都承诺严格遵守RoSH条令，谨慎使用条令中明确规定的受限物质，并明确产品生产所食用物质的种类和用量。而苹果公司在其2008年的环境报告书中则宣称，苹果在2008年底之前将在其所有产品中全面禁止溴化阻燃剂（BFR）的使用。通过改进生产工艺，以及采用危害较小的替代物质，苹果公司彻底实现了其在2007年设立的在整个生产线中都禁止使用任何形式的氯和溴的目标。因此，就连许多硬件制造商还在使用的聚氯乙烯（PVC）材料，已经彻底从苹果公司的产品中去除。苹果走在了RoSH条令前面这一现象，也反映出在计算机制造行业中有毒材料逐渐被新的无毒（或毒性较轻）材料替代这一大趋势。在这一系列过程中，材料化学学科研究起到了重要的作用，通过科学研究，发现传统材料弊端，并发掘新型替代材料以消除弊端。同时新材料在投入生产后必须根据其性质以及结构设计出一系列全新的生产工艺。这些复杂的工序都必须以材料化学学科研究所得出的理论和数据作为指导思想才能实现。当然，材料化学的研究并不仅仅可以在减少污染方面作出贡献，例如苹果公司充分研究了铝合金作为电子计算机外壳的可行性后，开始利用整体切割技术制造其产品外壳，不但用铝合金完全替代了电子计算机传统的塑料外壳，同时在生产过程中大大降低了温室气体排放量。由此可见，通过对材料物理状态的研究，能够对生产工艺的改革提出一定程度上的参考。综上所述，材料化学这门学科，对于电子计算机生产制造产业在环境保护方面具有十分重要的的指导作用。对于材料化学学科的研究，不断地为硬件设备生产商们提出科学而又合理的建议，从而促使电子计算机产业走向绿色。参考文献：[1]《材料化学研究方法》.国防工业出版社2004-8[2]苹果产品环境报告书（若干）