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海洋工程材料主讲人:黄翔第一章绪论§ 引言§ 引言一、意义:21世纪是海洋的世纪,而材料科学又是发展海洋科学技术的基础;没有高性能材料作为物质保证,海洋科技的发展和产业化将受到很大制约。目前,除航天等少数领域外,我国许多高技术产业在世界范围内,尚不具备强势的竞争力;海洋材料研究在一些领域甚至落后于韩国。加速海加速海洋材料领域的科学研究及高科技成果的产业化已洋材料领域的科学研究及高科技成果的产业化已迫迫在在眉眉睫睫。。第一章绪论二、国际背景:二、国际背景:美国2001年成立海洋政策委员会,对海洋政策进行全面评估;2004年12月美国总统宣布成立部长级的海洋政策委员会,直属总统办公室,全面反思海洋政策。日本明确提出要和美国争夺海上领导权,政府斥资6亿美元建造5700吨,210米长的大洋钻探船,比美国的大三四倍,明文提出要在海洋科学里“起领导作用”,以期与美国争雄。韩国的水下无人运载器也已经不在美国之下,而且其在东海济洲岛西南,已经建成了目前全球最大的海上观测平台。如果说,100年前海上的国际之争靠的是炮舰,现代的海上竞争则很大程度上已经是科技之争。海洋上的这些科学举措,实际意义往往超出学术范围。第一章绪论§ 材料与海洋§ 材料与海洋一、海洋材料的概念所谓海洋材料,宏观上是指能从海洋中提取的材料和专属用于海洋开发的各类特殊材料二、海洋材料的研究意义彰显学科的交叉性和融合性:与众多学科(生命科学、环境科学、化学化工、海洋地质、海洋物理等)产生交叉融合彰显研究领域的创意性:提出海洋材料的概念并将材料科学与工程建立在海洋大科技的背景下,有利于拓展和开创新型研究领域及新的材料产业化方向适应沿海地区(区域)科技发展和经济建设的需要:适时提出海洋材料概念和战略,对于完善国家新材料产业框架和布局以及对于创立我国的新材料品牌均具有重大战略意义第一章绪论§ 海洋极端环境§ 海洋极端环境一、深海热液活动海底热液活动是人类认识地球深部过程的窗口,其产物之一-热液硫化物,富含铜、铅、锌、金、银等多金属元素,是极具开发远景的潜在资源。热液活动区生物群落奇异的生命表现,改变了传统的极端环境下无生命存在的认识,丰富了深海生物基因库,在工业、医药、环保等领域有广泛的应用前景。图1 海底热液活动图图2 金属硫化矿的形成第一章绪论§ 海洋极端环境§ 海洋极端环境二、热液的概念所谓热液,就是原来比较冷的海水沿裂隙进入洋中脊的地壳,由于这里的地壳是地球上最薄的地方,海水可以继续渗入数公里深处的地幔处,并发生物质交换,被地幔加热后返回到海底,由于高温(300~400℃)而比重轻()、富含硫化物,这种热液的喷出速度高达每秒数米,就如黑烟一般,尉为奇观。图3 热液生物群图打破“深海无生命论”第一章绪论§ 海洋极端环境§ 海洋极端环境三、热液生物群热液生物群的发现是石破天惊的,不仅是因为生物的密度比周围海底高一万倍到十万倍,而且还是这种生物群所赖以生存的能量来源热液群生物图4 三米长的蠕虫图5 瓣鳃类贝壳图图6 海底油井中发现的热液细菌第一章绪论§ 海洋极端环境§ 海洋极端环境四、热液生物群的研究意义人类对深海海底的了解,并不比月球、甚至于火星了解更多。虽然有众多的考察航次,或者通过取样甚至深潜的直接方法,或者借助间接的物理手段进行考察,但仍免不了沧海一粟或者雾里看花的缺陷。从海底的地震源区到热液活动区,都亟需进行长期连续、而不是瞬间短暂的观测。因此近十余年来,做出了种种努力将观测点布置到海底这些处于极端环境的区域。这就提出了研究深海极端环境的海洋微生物对于探测设备材料的腐蚀机制及其耐深海硫化腐蚀特性的课题,因为海洋工程材料是进行深海研究的基础载体。第一章绪论§ 海洋微生物腐蚀(microbial corrosion)§ 海洋微生物腐蚀(microbial corrosion)统计表明,与海洋微生物附着有关的材料破坏和失效占到涉海材料总量的70%- 80%,微生物膜对材料界面腐蚀过程的影响已经受到材料界和海洋界的广泛关注。微生物膜及界面的性质、结构和生长规律,以及检验和控制技术已经成为海洋材料科学及海洋工程关键配套材料的重要研究方向。研究涉海材料的微生物特别是深海热液区微生物附着腐蚀机制,对于材料科学更有力的服务于国家海洋发展战略至关重要。 海洋细菌B 海洋细菌C 硅藻E 钟形虫海洋生物污损(biofoul)