材料的生态设计
材料生态设计的概念
材料生态设计的概念
材料生态设计是一种设计方法论，旨在通过最大程度地减少资源
消耗和环境影响来创造可持续的产品和解决方案。
该设计概念强调使
用可再生材料、最小化材料浪费和能源消耗，以及设计具有良好回收
性的产品。
在材料生态设计中，设计师们尽量选择可再生资源，如再生纤维、木材和可再生能源等。
他们还尝试在生产过程中最大限度地减少材料
浪费，通过精确切割、模块化设计和自动化制造等方法来实现。
此外，设计师们努力确保产品易于分解和回收利用，以减少废物对环境带来
的损害。
材料生态设计还涉及到应用循环经济的原则，例如通过互联网和
共享经济模式推动产品的共享和再利用。
这种设计概念还鼓励设计师
与材料供应商和制造商紧密合作，以共同寻求更可持续的解决方案，
并采用生命周期分析等工具评估产品的环境性能。
总体而言，材料生态设计的目标是在满足人类需求的同时最小化
对环境的影响，促进可持续发展和资源的循环利用。
通过采用这种设
计思想，我们可以为未来创造一个更可持续的社会和环境。
材料生态设计
3.3 材料流理论、材料生产的资源效率和综合利用
3.3.1 材料生产的资源效率
在一般意义上， 资源是指人类可以直接从自然界获得并用 于生产和生活的物质。资源是自然环境的重要组成部分， 通常又称为自然资源。
一种设计
第三章 材料的生态设计 Ecodesign of Materials
➢ 生态概念和可持续发展 ➢ 生态设计的概念 ➢ 材料流理论、资源效率及其综合利用 ➢ 生态设计的原则、战略、内容及方法
材料生态设计
什么是生态？
生态（Eco-）一词源 于古希腊字，意思是 指“家”(house)或 者我们的环境。
闭路循环
传统设计（串行开环设计过程）：
废弃物回 收、处理
市场分析 产品设计 生产制造 销售 使用 产品废弃
产品生产者
产品消费者
生态设计有利于保护环境，维护生态系统平衡 生态设计可以防止地球上矿物资源枯竭 生态设计的结果是减少了废弃物数量及其处理的棘手问题
（将废弃物的产生消灭在萌芽状态）
材保证制造 商的利润，维持经济活动的运转；
协调性就是要保证在材料的生产和使用过程中
与环境尽可能协调，维持生物圈循环过程的平
设计：
衡； 舒适性是指材料产品能够提高生活质量，使人
类生活环境更加舒适。
先进性
LCA：
生态设计 ＝ 环境协调性 ＋ 环境负荷
经济性
舒适性
生态设计的目标就是在材料和产品的设计阶段就考虑到降低生 命周期中的每个过程的综合环境负荷。设计者根据产品的特性， 通过LCA预测其环境负荷并力求实现最小的环境负荷。
种协调意味着设计尊重生物多样性，减少对资源的剥夺，保 持营养和水循环，维持植物生境和动物栖息地的质量，以有
生态环境材料的设计思路
生态环境材料的设计思路材料是社会发展和国民经济的先导和物质基础，是人类发展史的里程碑。
材料的使用、发现和发明，使得人类在与自然界的斗争中，走出了混沌蒙昧的落后时代，发展到科学技术高度发达的今天。
可以说，我们的现代文明就是一个大量地生产和使用材料、能源的过程．然而，在这一过程中，人们过多地追求了材料的使用性能，而对材料的生产、使用和废弃过程中需要消耗大量的资源和能源却没有节制，其结果必然是给环境带来的压力越来越大，对环境造成的污染越来越严重．各种统计数字已经表明，传统材料及其制品的制造、使用和废弃过程是造成当今世界能源短缺、资源过度消耗和枯竭以及环境污染的主要原因之一．随着人类文明进程的不断发展和“可持续发展战略”的提出，客观现实要求人类从环境保护角度出发，重新认识和评价人类过去在材料研究、材料开发、材料使用和材料回收等方面的行为，绿色设计和绿色制造成为人们关注的话题。
1.环境友好材料的概念环境友好材料也称生态环境材料，简称环境材料，是1990年10月在一次关于材料服务于人类生活、行为的未来状况与环境关系的讨论会上，由日本材料科学家和工程师提出来的．目前，对于环境材料的概念国际上仍没有统一的说法，不过经过近２０年的研究，材料工作者较为普遍接受的观点认为，环境友好材料是指在材料的整个寿命周期中，同时具有满意的使用性能和优良的环境协调性，或者能够改善环境的材料．环境友好材料是从原材料采集、加工、使用或者再生循环利用以及废料处理等环节乃至废弃的整个生命周期中，资源和能源消耗最少、对生态环境影响最小、再生循环利用最高或可分解、安全处理的具有优异使用性能的材料．简言之，它是指在加工、使用和再生过程中具有最大使用功能及最低环境负荷的环境友好型材料．环境友好材料对减少材料生产和使用过程中的废弃物排放量、减少资源和能源的浪费、保护环境起着至关重要的作用，也是实现材料可持续发展的唯一途径。
环境友好材料实质上是赋予传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料，它是由材料工作者在环境意识指导下，或开发新型材料，或改进、改造传统材料所获得的．它一般具有以下特征：先进的功能性、良好的工艺性、合理的经济性、协调的环境性和舒适性。
生态环境材料和设计
didaii@
• 波音747 寿命30年 • 未來10年 8000架退休 • 机队回收协会、机场处理废机、法国中 部夏特洛市、美国亚利桑纳州 • 载具生命终结管制法：废车拆解的成本 由汽车制造厂负责 • 波音787，50％使用碳纤 回收只需20分钟
didaii@
1.2 环境状况
didaii@
2.1对Ecomaterials的不同理解 • 环境材料 • 环境协调材料 • 环境意识材料 • 生态材料 • 绿色材料 • 环保型材料
didaii@
2.2生态环境材料学
原料制备
产品制造
使用及再生利用 废弃物处理
didaii@
环境负荷最小 有利于人类健康
didaii@
因应之道
◎优先保护地球生物圈 “所有生物形成生命共同体” （以CO2 循环为例） ●对地球生物圈的保护、对生态系统（相互依 存的一大群生物）的保护高于一切的原则 ●超越个人生命价值，至高无上的“生命伦理 观念” ●建立维持地球生物圈为大前提的“环境伦理 ” 生态用水 ※人类属于地球 但地球不单单属于人类 didaii@
◎从追求物质丰富、生活舒适 转至与环境协调共存
工业生态学 减轻地球环境负担
科学技术 制造业－研发清洁制程（减少环境负担） －开发资源能夠持久利用的产品 消費者－环保标志产品 ●材料和产品的完全循环利用 ●环境协调型产业－绿色产业 21世纪发展方向 didaii@ 环境材料－支撑21世纪高度文明的物质基础
从1970年至1995年的25年间，人类消 耗了地球自然资源的1／3。现实要求人类 从节约资源和能源、保护环境和社会可持 续发展的角度出发，重新评价以往研究、 开发、生产和使用材料的活动；改变单纯 追求高性能、高附加值的材料而忽视生存 环境恶化的做法；探索发展既有良好性能 或功能，又对资源和能源消耗较低，并且 与环境协调较好的材料及制品。 图为材 料的“生命周期’’示意图。
7.1..材料生态设计与加工解析
在清洁生产的概念中不但含有技术方面的可行性，还包括经 济方面的可盈利性和社会方面的可持续发展性。
在环境方面可直接表现出减少或消除污染； 在经济方面可表现出节约资源能源、降低生产成本、提高产 品质量、增加产品的市场竞争力； 在技术方面，所谓的清洁生产过程和产品是和现有的工业和 产品相比较而言的，推行清洁生产本身就是一个不断完善的 过程，始终需要新技术的支持，不断开发新技术，改进新工 艺，提出更新的目标，达到更高的水平。
可持续发展
“既能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力 构成危害的发展。”
——《我们共同的未来》(世界环境与发展委员会, 1987年)
基本定义：
可持续发展就是指经济、社会、资源和环境保护协调发展， 它们是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目的，又要 保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土地和森林等自然 资源和环境，使子孙后代能够永续发展和安居乐业。
一、清洁生产对环境保护的贡献
60年代
70年代
90年代
实施清洁生产的核心问题：资源、能源的利用水平是否提高； 污染物的产生量与排放量是否减少。 清洁生产的中心思想是用减少或避免产生污染等始端防止技 术代替传统的末端治理技术，
节约原材料和能源，
淘汰有害材料， 减少污染物和废弃物的排放， 避免废物排放对人类和环境的有害性。
材料的生态设计——塑料
生态可降解塑料
光降解塑料：共聚物合成、光敏剂等； 生物降解塑料：生物破坏性塑料、全生物降解塑料；
塑料废弃物的综合利用
按塑料类别分离； 化学再生：还原为油品、单体或其他化学原料； 裂解法；
南京理工大学环境材料学PPT 环境材料学--第四章 材料的生态设计1
“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要能力构成危害的发展。”
1992.6.3 联合国环境与发展大会 官方对可持续发展讨论的一个 高峰 大会通过了《里约热内卢环境与发展宣言》以及《二十一世 纪议程》
4.1.1 可持续发展
(sustainable development)
4.1.2 材料产业的可持续发展
影响材料可持续发展的一些因素
可持续发展
评价
产品
LCA、指标、标准、数据库
材
生态设计，绿色材料、环境降料ຫໍສະໝຸດ 解材料、环境协调材料、环境
产
工程材料
原料
业
工艺
资源、材料流、F-4、F-10
污染控制、治理和修复，清洁生产， 再利用，再循环
CO2：175 kt/a SO2：10.2 kt/a
4.2.2 生态工业园区
美国
加拿大
中国
《综合类生态工业园区标准（试行）》（HJ/T 274-2006）
南海国家生态工业建设示范园区
这是中国第一个全新规划、实体与虚拟结合的生态工业示范园区，包括核心区的环保科技产 业园区和虚拟生态工业园区。以环保产业为主导产业，将制造业、加工业等传统产业纳人生态工 业链体系。重点培育设备加工、塑料生产、建筑陶瓷、铝型材和绿色板材等5个主导产业生态群落。 生态工业系统类似于自然生态系统，12个企业将组成一个生产—消费—分解—闭合的循环。
1994，德国Wuppertal Institute的Schmidt-Bleek教授首先提出
第二节 金属材料生态设计
第二节金属材料生态设计当前的金属材料生态设计方向将是追求功能性、安全性、经济性和低环境负载性。
1. 合金添加元素最少化2. 可循环再生性能复合方法金属不仅要求强度，而且要求同时具有加工性、延展性、韧性、高破坏强度（疲劳破坏、使用破坏）和其他物理性能（减震性、导电性等）。
这些性能中，特别是加工性、延展性、韧性等与强度相矛盾，强度越高，这些性能越降低。
通过加入元素强化金属性能无疑不利于金属可循环再生性。
而通过不同性能材料复合来平衡各种性能，也不利于可循环再生性。
可循环再生性能复合是通过控制金属组织复相化，平衡材料各种性能。
复相组织金属由于不加入妨碍再生元素，所以电炉重熔就可以，不用返回到熔矿炉循环再生。
图6-2为复相组织化改进强度-延伸率图例，图中钢材成分为Fe-C-Si-Mn，由不妨碍循环再生元素组成，碳含量在0.3％以下，通过工艺控制复相化，改进强度和延展性。
近年，高层建筑耐震设计需要高张力钢，要求具有高强度，而且有低降伏强度比，通过控制压延、热处理（Thermo Mechanical Control Process，TMCP）和两相析出热处理等技术，得到平衡两种性能的软质相和硬质相复合组织，成为铁素相围绕网状马氏体相的复相组织钢。
3．杂质无害化可循环再生的障碍是通过各种途径混入的杂质，例如，近年产品高性能化、小型化和多用途化，汽车、办公设备等配有大量电气导线和电机，回收时很容易混入铜。
耐候钢、不锈钢、表面处理钢等也易混入铜、铬、锡、锌等元素，这些杂质元素在结晶粒边界析出，不但影响材料的性能，又影响材料的加工性能，钢材循环再生时杂质混入带来的材质问题（见表6-6），加工性能不好是由于向杂质晶粒间偏析造成晶粒间脆化所致。
一般通过与氧的亲和力和蒸汽压不同分离杂质元素，铜和锡很难分离，铜和锡都影响加工性能，只能降级到杂质容许浓度高的钢材使用。
目前科学工作者在努力研究各种分离方法和通过组织结构控制的方法。
(完整版)环境材料学第5章材料的生态设计
生态设计的内容
材料的选择与管理、 产品的可拆卸性设计、 产品的可回收性设计 首先考虑所有材料、能量输入和输出，尽可能为无害而努力； 预防废弃物的产生比废弃物的处理和清除更重要； 后处理过程设计为能源、处理消耗最省； 产品、过程和系统的设计必须考虑所有被投入的能量与物质的
1992.6.3 里约热内卢 联合国环境与发展大会 官方 对可持续发展讨论的一个高峰 大会通过了《里约热 内卢环境与发展宣言》以及《二十一世纪议程》。
可持续发展
是指经济、社会、资源和环境保护协调发展，它们 是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目的， 又要保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土 地和森林等自然资源和环境，使子孙后代能够永续 发展和安居乐业。
伴随着环境问题的出现，以及对发展目标的重 新认识，人类开始反思，从而产生了可持续发 展的思想。
1972.6.5 斯德哥尔摩 联合国人类环境研讨会上 首次提出可持续发展的概念。
1987.4.27 世界环境与发展委员会 发表了一份 题为《我们共同的未来》的报告，系统阐述了可
持续发展的思想：“既能满足当代人的需要, 又不对后代人满足其需要的能力构成危害 的发展”。
可持续发展与环境保护既有联系，又不等同。环境 保护是可持续发展的重要方面。可持续发展的核心 是发展，但要求在严格控制人口、提高人口素质和 保护环境、资源永续利用的前提下进行经济和社会 的发展。
可持续发展的要点
不否定经济增长 强调经济发展以自然资源为基础，同环境承载
能力相协调 生产过程中尽量少投入、多产出 消费过程中尽量多利用、少排放 最终目标：实现经济效益、社会效益、环境效
20世纪全球十大环境问题
1
气候变暖
生态设计概念与绿色建材3
生态设计概念与绿色建材生态设计，也称绿色设计或生命周期设计或环境设计，是指将环境因素纳入设计之中，从而帮助确定设计的决策方向。
生态设计要求在产品开发的所有阶段均考虑环境因素，从产品的整个生命周期减少对环境的影响，最终引导产生一个更具有可持续性的生产和消费系统。
1主要涵义生态设计活动主要包含两方面的涵义，一是从保护环境角度考虑，减少资源消耗、实现可持续发展战略；二是从商业角度考虑，降低成本、减少潜在的责任风险，以提高建筑产品的竞争能力。
环境友善的建筑产品首先是被设计出来的。
生态设计概念：环境意识设计、环境化设计、绿色设计，包括：产品设计、制造、使用、回收处理、再生等工业产品全生命循环周期。
在产品概念设计、详细设计过程中，运用工程学原理，保证产品的功能、质量、成本的前提下，充分考虑产品使用寿命循环周期中的资源节约、能源合理使用、环境保护、劳动保护等问题。
绿色建材绿色建材，又称生态建材、环保建材和健康建材，指健康型、环保型、安全型的建筑材料，在国际上也称为“健康建材”或“环保建材”，绿色建材不是指单独的建材产品，而是对建材“健康、环保、安全”品性的评价。
它注重建材对人体健康和环保所造成的影响及安全防火性能。
定义绿色建材概念是指采用清洁生产技术、少用天然资源和能源、大量使用工业或城市固态废物生产的无毒害、无污染、无放射性、有利于环境保护和人体健康的建筑材料。
它具有消磁、消声、调光、调温、隔热、防火、抗静电的性能，并具有调节人体机能的特种新型功能建筑材料。
在国外，绿色建材早已在绿色建材与家居装修建筑、装饰施工中广泛应用，在国内它只作为一个概念刚开始为大众所认识。
绿色建材是采用清洁生产技术，使用工业或城市固态废弃物生产的建筑材料。
中国目前已开发的“绿色建材”有纤维强化石膏板、陶瓷、玻璃、管材、复合地板、地毯、涂料、壁纸等。
如"防霉壁纸"，经过化学处理，排除了发霉、起泡滋生霉菌的现象。
"环保型内外墙乳胶漆"不仅无味、无污染，还能散发香味，并且可以洗涤、复刷等。
材料的生态设计
2、产品的生态设计
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
整合产品功能 优化产品结构 产品部件的功能功能优化 模块化设计 易于维护和维修 易于再循环
整合产品功能 将几种功能或产品组合进一个产品中，则可节 约大量的原料和空间。 例如： 德国Viessmann公司开发了多功能集成的太阳 德国Viessmann公司开发了多功能集成的太阳 能收集阳台栏杆，这种栏杆是一种真空管收集 器，它可用于取代大的太阳嵌板。厚硼硅酸盐 玻璃和耐用的真空管玻璃/ 玻璃和耐用的真空管玻璃/金属收集器保证了安 全性和长寿命。由于这一创新，阳台栏杆和太 阳能收集器不在需要独立的建造，节省了能源 和材料。而且这种收集器比平板收集器效率高 30％。 30％。
1、原材料的生态设计
① ② ③
减少原材料的使用量 采用再循环原料 采用低能值原料
①
减少原材料的使用量 通过生态设计，在为人类提供同样的经济功 能的同时相对或绝对地减少原材料的使用 量。
采用再循环原料 尽量避免使用不可再生，或者需要很长时间才能 再生的原料，如矿物燃料，金属铜等。尽量使 用可以再循环利用的原料，可以减少原料在采 掘和生产过程中的能耗。 举例 A 日本的Beauty工业利用废旧的玻璃作为原料，生 日本的Beauty工业利用废旧的玻璃作为原料，生 产的免烧瓷砖可以节省大量的资源和能源，而 且这种瓷砖可以再利用。 B
⑧
轮胎设计人员如果考虑到轮胎最终去处，可以改变轮 胎的成分能够使燃烧更加有效，可以产生较少或根本不产 生有毒物质，可以使轮胎在一定条件下更加快速、简单的 分解，可以通过配方的改变使废旧轮胎更容易转化为一种 新的产品。
2.2、 产品生态设计的要求 2.2、
1、在材料的选择与使用上 应避免使用有毒有害的材料和添加物，并考虑替 代材料的使用，在实在无法替代时，应考虑毒性 物质的稳定性并采取措施把毒性物质“ 物质的稳定性并采取措施把毒性物质“锁”在材 料中使其不易释放出来；避免使用不可再生及需 很长时间才能恢复的原材料如化石燃料、热带硬 木等；尽量使用品种相同的及可再循环的原材料， 以便回收利用；尽量使用再循环的材料，降低新 材料的使用量，也为再循环材料创造市场；同时 在设计时，应考虑尽量减少原材料的使用量，以 减少产品的体积和重量，也方便产品的运输和储 存。
材料生态设计的概念
材料生态设计的概念1. 引言材料生态设计是一种以环境保护为导向的设计方法，旨在减少对自然资源的消耗和对环境的负面影响。
在当今世界面临资源短缺和环境问题日益严重的背景下，材料生态设计成为了一种重要的解决方案。
本文将深入探讨材料生态设计的概念、原则、方法以及在实际应用中所面临的挑战。
2. 材料生态设计概念解析2.1 材料循环利用材料循环利用是材料生态设计中最核心和关键的概念之一。
传统制造业中，大量原材料被消耗后成为废弃物，给自然环境带来了巨大负担。
而在材料循环利用中，废弃物被重新收集、分拣、处理，并经过再加工后重新投入到制造过程中。
这种循环利用不仅减少了对原始资源的需求，还降低了废弃物对自然环境造成的污染。
2.2 生物可降解性生物可降解性是指一种材料在自然环境中能够被微生物分解并完全降解为无害物质的能力。
在材料生态设计中，使用生物可降解材料可以有效减少对环境的负面影响。
这些材料可以在使用寿命结束后自然分解，避免了长期积累和对土壤、水源的污染。
2.3 资源节约资源节约是材料生态设计的重要原则之一。
通过优化设计和制造过程，减少对原始资源的消耗是实现资源节约的关键。
例如，通过减少材料浪费、优化工艺流程和提高能源利用效率等方式，可以最大限度地减少资源消耗。
3. 材料生态设计原则3.1 循环经济原则循环经济原则是指将废弃物转化为可再利用资源的经济模式。
在材料生态设计中，循环经济原则被广泛应用于产品制造过程中。
通过回收和再利用废弃物、采用可循环利用的材料以及推广产品再制造等方式，实现了资源最大化利用。
3.2 绿色制造原则绿色制造是指在产品制造过程中最大限度地减少对环境的负面影响。
在材料生态设计中，绿色制造原则强调使用环境友好的材料和工艺，减少对水资源、能源和原始资源的消耗。
同时，绿色制造还要求减少废弃物的产生和排放，避免对环境造成污染。
3.3 循环设计原则循环设计是指在产品设计阶段就考虑到材料循环利用和可降解性等因素。
生态友好型材料在环境设计中的应用
生态友好型材料在环境设计中的应用在当今社会，随着人们对环境保护和可持续发展的重视程度不断提高，生态友好型材料在环境设计中的应用逐渐成为了热门话题。
环境设计不仅仅是为了创造美观和舒适的空间，更重要的是要考虑到对生态环境的影响。
而生态友好型材料的运用，则为实现这一目标提供了有力的支持。
生态友好型材料，顾名思义，是指那些在生产、使用和处理过程中对环境影响较小，或者能够对环境产生积极作用的材料。
这些材料通常具有可再生、可降解、低能耗、低污染等特点。
在环境设计中，常见的生态友好型材料包括木材、竹子、麻纤维、天然石材、再生塑料、环保涂料等。
木材是一种传统的生态友好型材料，其来源广泛，可再生性强。
在环境设计中，木材可以用于制作家具、地板、墙板等，能够营造出温馨、自然的氛围。
而且，经过适当处理的木材具有良好的耐久性和稳定性。
竹子也是一种优秀的生态友好型材料，生长迅速，硬度高，韧性好。
它可以被制作成竹地板、竹家具、竹装饰品等，不仅美观大方，还具有独特的质感。
麻纤维作为一种天然的植物纤维，具有良好的透气性和吸湿性。
用麻纤维制成的纺织品，如窗帘、地毯、抱枕等，能够为室内环境增添自然的气息，同时也减少了对化学纤维的依赖。
天然石材如大理石、花岗岩等，由于其独特的纹理和质感，一直是环境设计中的常用材料。
而且，天然石材在开采和加工过程中的能耗相对较低，对环境的破坏较小。
再生塑料是通过回收废旧塑料并经过加工处理后得到的新材料。
它不仅减少了塑料垃圾的产生，还降低了对石油等不可再生资源的依赖。
在环境设计中，再生塑料可以被用于制作户外家具、花坛、垃圾桶等，为公共空间增添色彩和实用性。
环保涂料则是指那些不含有害物质，如甲醛、苯等的涂料。
使用环保涂料可以减少室内空气污染，保障人们的健康。
在环境设计中应用生态友好型材料，具有多方面的好处。
首先，它有助于减少能源消耗和温室气体排放。
相比于传统材料，生态友好型材料的生产过程通常更加节能环保，能够降低对化石能源的需求，从而减少二氧化碳等温室气体的排放。
生态设计——浅谈材质的感官艺术
生态设计——浅谈材质的感官艺术摘要：从道家的观点讲，天人合一，这是追求人与自然和谐的最终目的，达到一种理想的共荣。
如今人类文明步入了现代化的进程，我们与自然之间的距离在拉开，这种距离让人恐惧，于是人们开始追求在生活中还原某些自然的属性，这也就使人性化设计逐渐演变成了生态设计。
关键词：生态；材料；感官一、材质在生态设计中的表现方法产品设计实质上就是在用材料来书写创意，再完美的创意如果没有材料来体现，设计者的创作意图也很难完美的传达；而产品，是和人生活息息相关的。
关系最密切的设计，无时无刻不围绕在我们的生活中，体现它全部人性化、生态化的方式就是将不同的材质运用得当。
（一）设计中常规材质的比较金属：金属材质给人的感觉就是现代化的、工业化的，那么在还原原生态设计的作品中我们就不能运用金属了吗？不是。
金属有很好的导热功能，有很多的用途，并且有很好的可塑性，是很容易发挥的材料。
人们接触金属的感觉是一种没有感情的冰冷，所以金属材质的公共设施非常多，作为产品，尤其是日用品，人们更接受的是在接触手的部位包上一层皮质，可以缓和一下这种强烈的反差。
木质：木质的材料虽然最能体现生态设计的概念，但是木质有很多的局限性，虽然经过高科技的加工可以达到以前不可能达到的效果，但是再塑的木质就破坏了生态的感觉。
其次木质材料本身就是对森林资源的消耗，所以设计者一定不要把木质材料运用于短期使用的产品上。
塑料：塑料这种材料本身就有悖于生态理念，即便是现在有可降解的原料，但它仍然是自然的一种负累，现在技术可以循环使用，还是需要成本。
可我们依然无法否认塑料的品质。
陶瓷：陶瓷这种材质属于中性的，而且作为中国的设计师是不能不采用陶瓷的，它的用途是非常广泛的，但是它也同样存在一点忧虑就是：它虽然不属于污染，但是也不会被自然所腐蚀，不能循环使用，它的废物处理问题也急需解决。
但是不能不说，人对于陶瓷是有很深的感情的，因为它毕竟是一种历史产物，任何一个国家的人都不会拒绝用陶瓷作为餐具，在工业上，陶瓷也是非常好的隔热材质。
建筑工程的绿色材料与生态设计
建筑工程的绿色材料与生态设计随着全球环境问题日益突出，绿色建筑的概念逐渐引起了人们的关注。
建筑工程中的绿色材料与生态设计是实现可持续发展和环境保护的重要手段。
本文将探讨建筑工程中绿色材料的种类与特点，以及生态设计的原则和实践。
一、绿色材料的种类与特点绿色材料是指在其整个生命周期中，对环境影响较小的建筑材料。
它们可以通过降低能源消耗、减少废弃物产生、提高室内空气质量等方面实现环境友好。
以下是几种常见的绿色材料及其特点。
1. 再生材料再生材料是利用可再生能源制造的材料，如木材、竹材、再生钢铁等。
与传统的非再生材料相比，再生材料具有节能减排、低碳环保的特点。
2. 可持续材料可持续材料是使用环境友好的原料制造的材料，如天然石材、石膏板等。
这些材料在提供结构强度和功能的同时，能够最大程度地降低环境影响。
3. 高性能绝缘材料高性能绝缘材料可以提高建筑物的热性能和隔音性能，减少能源的消耗和环境噪音的污染。
4. 低VOC材料VOC即挥发性有机化合物，其释放会对室内空气质量产生不良影响。
低VOC材料是指其挥发性有机物含量低于一定标准的建筑材料。
使用低VOC材料可以有效减少室内空气污染的风险。
二、生态设计的原则和实践生态设计是建筑工程中追求可持续发展的设计方法。
通过合理运用绿色材料和科技手段，实现建筑与自然环境之间的和谐共生。
以下是几个常见的生态设计原则和实践。
1. 最大限度地回收利用资源生态设计强调资源的循环利用，尽量减少资源的消耗。
在建筑工程中，可以通过回收废弃材料、利用再生能源等方式实现资源的最大化利用。
2. 改善室内环境质量生态设计关注室内空气质量、采光和舒适性等方面。
采用绿色材料、通风系统、自然采光等措施可以有效提升室内环境质量，提供一个健康、舒适的工作和居住环境。
3. 节能减排生态设计通过运用节能技术和设备来减少建筑物的能源消耗。
例如，采用太阳能供电系统、绿色屋顶和高效绝缘材料等，可以降低建筑物的能源消耗并减少对环境的污染。
混凝土建筑中的生态设计
混凝土建筑中的生态设计混凝土建筑作为一种主流的建筑材料，其在建筑业中的应用越来越广泛。
然而，长期以来，混凝土建筑的环保问题备受关注。
为了解决这一问题，生态设计成为了混凝土建筑中的一种重要设计理念。
本文将从以下几个方面介绍混凝土建筑中的生态设计。
一、混凝土建筑的环保问题混凝土建筑在生产、使用、拆除等过程中都会对环境造成一定的影响。
首先，混凝土的生产会消耗大量的能源和水资源，并且会排放大量的二氧化碳等有害气体。
其次，混凝土建筑在使用过程中会产生大量的废水和废气，对周围环境和人体健康造成一定的影响。
最后，混凝土建筑的拆除也会产生大量的废弃物，对环境造成一定的污染。
二、生态设计的概念和意义生态设计是指在建筑设计过程中，注重生态环境保护，以最小化对环境的影响为目标，通过科学的设计手段，实现建筑与自然环境的和谐共存。
生态设计在混凝土建筑中的应用，可以有效地降低混凝土建筑对环境的影响，提高建筑的环保性能，同时还可以增加建筑的舒适性和美观性，提高建筑的使用价值。
三、混凝土建筑中生态设计的实践1. 绿色屋顶绿色屋顶是一种利用植物覆盖建筑屋顶的生态设计方法。
在混凝土建筑中，绿色屋顶可以有效地降低建筑的能耗和二氧化碳排放，改善周围的空气质量，还可以提供良好的景观效果和舒适的居住环境。
同时，绿色屋顶还可以有效地吸收降雨水，减少城市雨水径流，缓解城市内涝问题。
2. 天然通风天然通风是指利用自然风力，通过建筑的自然通风系统将室内空气循环起来，达到降温、降湿、换气的效果。
在混凝土建筑中，采用天然通风的设计方案可以有效地降低建筑的能耗和二氧化碳排放，提高室内空气质量，使居住环境更加舒适和健康。
3. 太阳能利用太阳能利用是指利用太阳能来提供建筑的热水和电力供应。
在混凝土建筑中，太阳能利用可以有效地降低建筑的能耗和二氧化碳排放，减少对传统能源的依赖，同时还可以提高建筑的自给自足能力，增加建筑的可持续性。
4. 智能化控制系统智能化控制系统是指通过自动化技术，对建筑内部的温度、湿度、光线等参数进行智能化控制，实现建筑节能和环保的效果。
产品设计中的生态设计思路
产品设计中的生态设计思路随着科技的发展和人们环保意识的提高，生态设计逐渐成为了产品设计领域中不可忽视的一环。
生态设计是指在产品设计过程中，将生态因素纳入设计考虑的全过程，通过合理的设计和材料选择，最大程度的减少对环境的影响，保障人类和环境的可持续发展。
生态设计的目标是要减少产品对环境的影响，提升产品在使用过程中的生态效益，并延长产品的使用寿命。
通常，生态设计可以从以下几个方面入手：1.材料选择生态设计首先需要考虑的是材料的选择。
材料的选择不仅影响产品的品质和外观，更重要的是它直接关系到产品的环保性。
优先选择环保材料，如再生材料、可降解材料、木材等，而尽量避免使用有害物质，如氯化塑料、铅等有害化学物质。
2.节能减排节能减排是生态设计考虑的重点之一。
通过采用节能技术和高效的产业链模式，可以使产品在使用、生产及运输等各个环节中减少能源的消耗和污染物的排放。
例如，LED灯和高效电池等技术的应用，对于提高产品能源效率，节约能源消耗和减少排放等方面起到了巨大的作用。
3.循环利用循环利用是生态设计中至关重要的环节。
循环利用是指将废弃物重新转化为资源，减少对新原材料的需求，同时降低废弃物的产生和处理压力。
例如，通过回收和再利用废纸、塑料等材料，可以减少它们对环境的影响和节约自然资源的消耗。
4.延长使用寿命延长产品的使用寿命是生态设计的最终目标。
设计过程中要注重产品的可维修性、可升级性和可调整性，从而保证产品在使用过程中的可持续性和可重复性。
例如，产品结构的设计、生产过程的检验和维护以及产品使用的合理操作和保养，都能有效地延长产品的使用寿命。
总之，生态设计意味着在制定产品设计高标准的同时，保证产品的环保性和可持续发展。
生态设计在实际生产中不仅能够提高产品和品牌的声誉，更能够节约资源，降低成本，增强企业的竞争力和可持续发展能力。
需要注意的是，生态设计是一个不断发展的过程，需要不断地研究和改良。
生态设计需要从社会、环境和经济的角度全面考虑，同时需要政府、企业和个人合作配合，才能真正实现可持续发展的目标。
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§1 生态设计概念 §2 符合生态设计概念的材料科学与工程 §3 依据数据库的柔性材料生产技术 §4 材料复合技术与再生循环设计
§5 材料的长寿命化设计
§6 对材料热处理工艺技术发展的影响
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§1
材料生态设计概念
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生态设计的概念
测定与评价固溶原子排列无序性的技术。
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固溶合金研究开发的方向
关于合金元素的种类与含量对固溶合金无序性(或短程有序)的影响、冷却速度或热处理等制造及加 工工艺的影响及其应用； 通过采用集团变分法等统计热力学理论及X射线漫散射等测试技术实现固溶合金的结构控制； 通过分析有序、无序性与物理、化学性能以及力学性能之间的关系来确定开发合金的指导原则。
接效应的大小，大量消费或大量生产的材料具有组成本来就不复杂的优点。所以，首先应该将大量消
费的材料作为目标（目前虽然有许多成分复杂的新材料，但因用量少，未成影响环境的祸首）。 但是，环境材料也强调：单纯赋予材料以再生循环性还不能生产出支撑现代发达技术的材料， 必须同时充分满足高强度、高可靠性、舒适性等方面的要求。另外，对于脱除元素的收集和再生循环
利用也应在考虑之列。
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新型汽车钢材的开发遵循简单合金的原理
强韧微合金非调质钢
微合金化钢：（Micro-alloyed steel）
微合金化是一个笼统的概念，通常指在原有主加合金元素的基础上再添加微量的Nb、V、Ti等碳 氮物形成元素，或对力学性能有影响、或对耐蚀性、耐热性起有利作用、添加量随微合金化的钢类及 品种的不同而异，相对于主加合金元素是微量范围的，如非调质结构钢中一般加入量在0.02—0.06%，
能够满足通用特性(比如部件对强度和韧度、耐磨性、耐蚀性等具体性能要求的不同进行分类)
的合金系，即在同一合金系中仅变化成分配比而制得(通用合金)。 这样，在再生循环时，废料的品位一致，避免了由于杂质混入而造成的成分变化。所以通用合 金即易于再生循环，成分变化对材料特性影响明显的合金系。
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在此过程中的材料科学现象有:
● 在加热炉中高温相奥氏体晶粒的长大规律及均匀化程度控制;
● 冷却过程中由奥氏体向铁素体、珠光体、贝氏体以及马氏体的相变（CCT图）——主要涉 及冷却过程（控冷）; (—— 控轧): ● 热轧过程中加工硬化及其回复、再结晶; ● 随盘卷时的温度不同而发生析出或低温相变等 当上述综合定量预测研究成果付诸应用实际生产的时候，将进一步认识到基础理论研究与实际 应用相结合的重要性。 今后的研究课题 —— 一些已模型化、数值化的而又含意模糊的或不理想的部分，期望将来基 础理论发展后再给予替换或修正。
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2.3 对组成变化不太敏感的合金
作为合金的强化机制，常用的有马氏体相变及第二相的析出等相变现象，这些相变或析出现象
受化学组成影响的程度比固溶强化作用更大，当偏离某一合金成分时，相变或析出现象有可能完全
不发生。即合金行为对成分构成过于敏感，这将影响这些合金体系的工程价值。 与此相反，固溶强化与合金组成的关系是比较平缓而连续的，再生循环造成的杂质及合金元素 量的变动对性能的影响较小，因此，固溶合金可以作为有前途的再生循环备选材料。
曲轴锻件均采用非调质钢制造。 我国在非调质钢的研制与应用方面取得了一系列成果; 近年来规模化、批量地将非调质钢及其 控锻-控冷技术应用到实际生产, 已建立了相应的控制冷却生产线，分别用以生产轿车曲轴、连杆。 产品质量和性能稳定, 取得显著的经济、社会效益。近年来随着计算机技术、控制技术、传感技术 及精密测量技术等当代高科技与传统钢铁工业、制造业的结合, 微合金钢的开发应用获得了新的进 展, 除汽车工业外, 应用范围涉及到建筑用材、重型工程结构(起重机、载重车辆)、高压输送管道、 桥梁、高压容器、集装箱、船舶等。而这些用途钢材一般占社会对钢材总需求量的60%左右。所以非 调质钢应用前景广阔, 是现代钢铁工业中的主力产品之一。
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§2
符合生态设计概念的材料科学与工程
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2.1 生态设计概念提出的背景
环境材料概念确立之后，材料科学工作者面临两大课题： 一是如何建立和发展再生循环体系这一社会性的课题； 二是最低限度地减少不可再生矿产资源采掘量并最大限度地提供高质量的工程材料这一技术性的 课题。 虽然钢铁材料的研究积累丰富，但大多停留于定性认识和实验结果的水平，能通过定量计算对最 终结果作预测的工作极少，至今许多仍在采用的trial-and-error方法开发的钢铁材料品种，充其量也 只发挥了理论强度的 20% 左右。人们还远远未能将这种材料的潜力发挥出来。
境和社会效益的和谐统一。
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生态设计的基本原则
1. 使用资源丰富的材料，有效利用可再生资源； 2. 使用物质集约度（MI）更小的材料与物品，比如通用钢材等； 3. 选择材料环境影响值（Eco-indicator）更低的物品； 4. 尽可能选择可再生材（因为它的环境影响值一般都比新材的小）； 5. 产品长寿命的原则；
过去的认识尚不够充分。今后必须进行系统的研究，这是一个有可能发现材料科学新现象的领域。 作为处理这种短程有序固溶体问题的统计热力学理论，有集团变分法，已从理论上成功地导出 了Ni-Al相图。但是，有关Ti、Zr等复杂结构现在尚不能定量计算。此外，用于这种计算的精确的原子
间相互作用势的问题等等，都需要进一步研究。在实验技术方面，也需要确立由X射线漫散射等方法
计和生产的重要前提。
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微合金非调质钢的发展应用现状与趋势
非调质钢最早于1972年由德国蒂森特钢公司开发成功, 代表钢种为49MnVS3。由于其具有节能、 节材和降低成本的优点, 得到了迅速发展及推广, 尤其在汽车工业中获得广泛应用。近几年对日本、
德国、 瑞典大量用非调质钢制造汽车零件。据统计目前除少数高性能赛车外, 几乎80%以上的汽车
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Fe-Ni-Cr系
合金化对钢铁材料性能带来的巨大改变莫过于Cr的介入，以及随后其他固溶元素的介入，包括
易控制元素如钒的添加，从而形成了由有限的元素构成、通过改变其配比可在更大范围内改变其性能
的合金系。如Fe-Ni-Cr系: 改变Fe，Ni，Cr的相对含量（当然包括C），可得到铁素体钢到不锈钢等一 系列钢种，这些钢的组织及性能有更大的变化，可适应许多场合。
务，而不是鼓励兴建热处理车间；发展更方便的公共交通服务，而不是鼓励拥有私车…
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生态设计 ——小 结
生态设计是功能设计、舒适性（包括美学）设计和环境设计的完美结合。 生态设计是以环境评价和高新技术为基础，在产品设计和生产中力求做到：３ R（减量化、再利 用、再生循环）； 驱除或替代有害物质； 节能和寻求清洁能源以及生产过程中的零排放和清洁生产等。 所以，生态设计就是高新技术在产品（材料）和社会服务体系的整个生命周期中科学、经济、巧 妙而有效的应用。
固溶体成分（0-100；100-0）可连续转变示意图
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固溶体的结构与设计指导原则
以往在处理固溶合金问题时，认为原子排列是完全无序的，但随着近年合金学的发展，发现在 固溶体中存在短程有序结构。这种无序的不完全性有可能对以往的固溶强化现象产生影响，溶质原
子分布的起伏未被定量地测定，也还没有找到适当的方法。因此，关于固溶合金结构与特性的关系，
现在从节能减排和环境材料的高度来看，除了对材料成分-过程-性能的精确掌控之外，在最初的材
料设计阶段，就应考虑材料的再生循环设计。
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2.2
通用合金
从提高金属材料的再生循环性这一观点来看，金属制品的全部部件由单一合金体系制造是最理 想的，而且所用合金元素的种类越少，再生循环时就越容易对过程进行有效控制。从这个角度考虑， 通用合金就是新思维。即是合金种类最少，而且能满足多种用途要求的标准体系合金。
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§3
依据数据库的柔性材料生产技术
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3.1 材料性能预测数据库
计算机可以进行辅助材料预测技术，特别是将一些理论上暂时不能解释的现象提取模型后，可以方 便地数值化，并成功地制造出高性能材料。 当用户在预定某一性能的材料时，生产厂家的材料技术人员能在考虑： ① 再生循环； ② 节约稀有金属的基础上；选择化学组成；设计制备工艺；并组织生产。 关键是材料成分、工艺与性能的数据库的建设。
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从上述概念来讲，传统的Fe-C合金系列就是很好的通用合金。 Fe-C系碳钢系列有： 结构钢：（从低碳到高碳系列）10，20,30,40,45… 弹簧钢：70 工模具钢：T7, T8…T12A 如果合金钢从来就没有出现，问题早就解决了。因为若果真如此，在再生循环时，充其量只是 不同碳含量的钢材混在一起，按冶金技术，对含碳量的控制是轻而易举的，从而又可得到不同用途 的钢。即便存在Si-Mn-S-P等这些常规元素，现代冶金原理也不难调整其成分。
生态设计以一切事物为对象，就产品（包括服务）开发而言，它是指在评价其整个生命周期 中给环境造成影响的基础上，提高产品综合价值的全新的设计思想。它既是一种具体的设计方法， 又是一种普遍的设计思想和原则。
生态设计（Eco-design）又叫环境协调性设计，即在产品或材料设计中，在考虑成本、功能 （或性能）、质量、外观等使用性能指标的同时，充分考虑产品或材料的环境性能，达到经济、环
6. 从生态学观点出发给产品设定适当的寿命；
7. 对于在使用状态下环境负荷大的产品要力求采取彻底减轻环境负荷的措施（尤其像汽车、家电、建 筑等）； 8. 尽可能不用有毒物质，不得已而使用时必须做到完全循环再生；有害情况不明的化学物质，在未查 清、解除疑团之前不使用（彻底贯彻预防为主的原则）