電子計算機制造業中新材料的使用與環保的關系趙詩陽摘要：材料化學作為一門前沿學科，與人類文明發展進步息息相關。現代科技的進步依賴于新材料技術的發展，進入21世紀材料化學的研究變得更加重要。從軍工產業到民用工業，從能源行業到日化及食品，幾乎所有的制造行業都與材料化學的研究密不可分。其中電子計算機生產商對新材料研究更是十分重視，如今電子產品市場行情火爆，與材料化學學科相似，電子計算機制造行業發展勢頭也是十分迅猛。在環境保護呼聲高漲的今天，商家對于生產產品所使用的材料以及產品包裝材料的選擇已經從過去的節省成本便于制造原則逐漸轉變為商業成本與環境成本并重的原則。而材料化學在這一重要的新變革背景之下正在彰顯出其至關重要的作用。關鍵詞：材料化學；環保；電子計算機制造業；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、 材料化學與環境保護材料化學是材料學與化學的交叉學科，材料主要分為金屬材料、無機非金屬材料和有機高分子材料等幾大類。其主要研究的問題是材料的結構與性能。材料的結構與性能直接相關，而材料的制備、加工過程又決定了材料組織結構的演化。在材料化學研究中，材料的結構的是材料研究的核心，材料的制備則是材料開發應用的關鍵。從新石器時代開始，人類逐漸學會自己制造人造材料從而結束了舊石器時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，從最初相繼出現的三大人造材料（陶、銅、鐵）到近代各種高級金屬、高技術陶瓷、合成高分子材料出現。從歷史角度來看，20世紀以前材料利用的進步，是大量依靠人們的經驗、技巧、繼承和積累，這個過程十分緩慢。而20世紀前后，隨著物理學和化學等科學的發展，以及各種監測技術的出現，一方面從化學角度出發，開始研究材料的化學組成、化學鍵、結構以及合成方法。另一方面從物理的角度開始研究材料的組成、結構以及性能的關系，并研究材料制備和使用材料的有關工藝等問題。正是由于物理和化學等科學理論在材料技術中的應用，從而才形成真正意義上的材料科學，從此以后，人造材料的合成上升到一個新的階段。而材料化學也逐漸的從經驗學科走向理性科學。現代材料的發展又增加了環境因素（廣義的環境可以理解為材料生產的資源和材料全過程的環境影響問題）。材料的資源和環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知的新觀念、新思路、新方法。工業文明對基本資源的大量消耗，構成嚴重的環境問題。此外環境的污染和溫室氣體排放也成為當今最為熱門的環境保護話題。工業生產過程中需要以消耗大量能源為代價創造利潤；同時為了制造產品，不得不產生很多有害的副“產品”從而導致環境遭到污染，嚴重的威脅到人們的身體健康；而隨著溫室效應的加劇，生產過程中的溫室氣體排放現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境帶來了巨大的壓力，已經成為當今環境保護的三大主要課題。二、 電子計算機制造業對環境造成的影響隨著電子計算機小型化、微型化的程度越來越高，電子計算機逐漸走向校園與家庭，開始在平民中普及。進入21世紀之后，互聯網對于人類文明發展的促進作用越來越明顯，同時人們對于網絡的依賴程度越來越高，尤其是在進入web2.0時代之后，電子計算機作為人們接觸網絡的一大介質，其普及程度達到了前所未有的高度。同時相對應的，為了滿足上述成幾何倍數增長的市場需求，電子計算機產業規模也在以驚人的勢頭飛速發展。然而電子計算機制造業紅火的同時，卻也為地球環境帶來了一定程度上的負面影響。計算機最大的負面影響表現于其高物耗和高能耗。制造一臺電子計算機需要700多種原材料和化學物質，其中大部分用在半導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，磷化氫等化學物質。下面關于芯片制造的例子可以直觀的反映出電子計算機生產制造中的高物耗：制造10克重的芯片需要使用284克液態化合物，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。據估算，制造一臺微型計算機需要消耗水3.3萬升，耗電2315瓦。美國微電子和電腦協會的一份研究報告指出，電子計算機的高物耗、高能耗以及其對環境的影響是當今所有制造中最大的。電子計算機產業紅火帶來的另一個環境的難題在于廢舊電子計算機的處理。當今電子計算機技術發展速度之快，用戶使用計算機也必須與時俱進，要隨著電子計算機技術的發展馬不停蹄地更新、升級硬件。然而被淘汰的舊零部件或電子計算機卻環境保護工作出了一道大難題。例如電子計算機核心部件主板，它由重金屬做成，一旦一臺電子計算機被淘汰而成為垃圾，主板上的重金屬就會對環境造成污染甚至可能威脅到人們的身體健康狀況。據統計，我國連接網絡的電腦已經超過四億臺，如此龐大的基數，在計算機更新換代時若不能做好回收工作，必定對環境造成巨大的影響。三、 電子計算機產業為環境保護而生的改良行為綜上所述，計算機的生產、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，同時還會對環境造成污染。本著可持續發展的原則，電子計算機制造商們也在不斷摸索著更多的替代方案，使得電子計算機產業帶來的高物耗和高能耗以及環境污染程度最大限度的降低。因此綠色計算機的概念被提出。綠色計算機最早出現于美國。如今，數以萬計的科學工作者正在研究綠色計算機的生產和使用方法，以減輕電子計算機產業給環境造成的壓力，目前這方面已取得不少進展。生產電子計算機，盈利往往是個人（企業），但物耗、能耗以及污染和碳排放帶來的環境負擔則是由公眾承擔。對此，美國政府提供了很好的解決范例。自1993年起，美國聯邦政府部門只購買帶有能源之星標志的綠色電腦，各大硬件商只得乖乖跟從。而2003年歐盟則開始執行一項嚴苛的條令RoSH條令，即在電子電氣設備中限制使用某些有害物質指令，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進行了補充，明確規定了六種有害物質（鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯苯、多溴二苯醚）的最大限量值。正是由于科學合理而有強制有力的政策性規定出臺，才促使了電子計算機硬件設備生產商為保護環境，降低污染程度以及節能減排而實施技術改良。解決電子計算機制造業帶來的環境問題主要從兩個方面入手：1、通過改進生產工藝降低生產過程中的能耗以及物耗，同時還可以減少有害物質的排出以降低計算機生產制造對環境造成的污染；2、通過引入替代材料可以做到在減少污染的同時方便淘汰后的回收工作。四、 材料化學在電子計算機制造業改良行為中的應用在傳統的電子計算機制造行業中，硬件生產商需要使用到大量有毒有害物質。其中，阻燃劑就是有毒有害物質的典型代表。例如溴化阻燃劑BFR。該阻燃劑是一種一群含溴的有機化合物的統稱，這些有機化合物可作為阻燃劑使用，應用在塑膠及紡織品上的防火效果很好，是主要的化學阻燃劑之一。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。在電子計算機生產制造中，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，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的使用。以蘋果公司為例，她在其每一款產品的環境報告書中都承諾嚴格遵守RoSH條令，謹慎使用條令中明確規定的受限物質，并明確產品生產所食用物質的種類和用量。而蘋果公司在其2008年的環境報告書中則宣稱，蘋果在2008年底之前將在其所有產品中全面禁止溴化阻燃劑（BFR）的使用。通過改進生產工藝，以及采用危害較小的替代物質，蘋果公司徹底實現了其在2007年設立的在整個生產線中都禁止使用任何形式的氯和溴的目標。因此，就連許多硬件制造商還在使用的聚氯乙烯（PVC）材料，已經徹底從蘋果公司的產品中去除。蘋果走在了RoSH條令前面這一現象，也反映出在計算機制造行業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，材料化學學科研究起到了重要的作用，通過科學研究，發現傳統材料弊端，并發掘新型替代材料以消除弊端。同時新材料在投入生產后必須根據其性質以及結構設計出一系列全新的生產工藝。這些復雜的工序都必須以材料化學學科研究所得出的理論和數據作為指導思想才能實現。當然，材料化學的研究并不僅僅可以在減少污染方面作出貢獻，例如蘋果公司充分研究了鋁合金作為電子計算機外殼的