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【独家报道】材料领域核心科技问题之二——材料高效循环利用

12月16日?12:00 分享到:

我国经济社会发展对材料数量和种类的需求在相当长时间内将持续增加。按照传统模式,材料的增长方式遵循着资源-产品-废弃物的单向式直线过程,这意味着材料生产、应用越多,消耗的资源就越多,产生的废弃物也就越多,对资源环境的负面影响就越大。但是,随着资源、环境等方面对材料制备应用不断提出高严要求,单向式直线增长已不再适合我国材料领域发展。

采用资源-产品-废弃物-再生资源的循环利用模式,同时对老龄材料结构进行修复、再制造,实现材料的高效循环利用,已成为材料领域发展的必然趋势。

材料高效循环利用技术是当今材料领域迫切需要突破的关键技术,它以减量化、再利用、资源化为原则。减量化是指在材料生产和应用过程中,尽可能地减少资源消耗和废弃物的产生,核心是提高资源利用效率;再利用是指材料多次使用或修复、翻新、再制造后继续使用,尽可能地延长材料的使用周期,防止过早地成为垃圾;资源化原则是指将材料废弃物最大限度地转化为资源,变废为宝,化害为利,既可减少自然资源的消耗,又可减少污染物的排放。从目前情况看,资源化的途径主要有两种,一种是再生利用,如废铝变成再生铝,废纸变成再生纸,废弃塑料变成汽油或原料单体等;另一种是将废弃物作为原料,如塑料回收再利用,电厂粉煤灰用于生产建材产品,筑路和建筑工程,城市生活垃圾用于发电等。

要实现材料的高效循环利用,必须从材料的分子设计和组成结构设计入手,研究材料在光、电、热、力、介质等外场的作用下的制备、加工和使用稳定性,实现材料的制备、稳定化和再生技术的协调和统一。同时还要系统研究材料再生制备技术、材料再生循环利用过程中结构与性能的演变及其控制、再生产品质量控制技术,制定技术标准和规程并建立再生系统评价体系。另一方面,对于现役材料结构,需要对材料性能演化规律和机理清晰认识,实现材料和结构器件的失效过程准确评估预测,对老龄材料结构进行修复,延长使用寿命。

目前,在老龄材料修复方面,复合材料粘贴修补比传统的机械联接具有明显的优越性和高效益,在国外已用于航空、航天飞行器、高速列车结构件、民用建筑中钢结构与混凝土结构的修复与维护。未来1015年内,我国既有土木工程结构的维护和修复问题将日益突出,修复及延寿技术将得到广泛应用。

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?????????? 摘选科学出版社《至2050年先进材料领域路线图》