第三节材料的开发和利用.ppt

《第三节材料的开发和利用.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三节材料的开发和利用.ppt（37页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第三节第三节 材料的开发和利用材料的开发和利用 当今我们的生活中，可以说物质极当今我们的生活中，可以说物质极为丰富，我们周围大大小小的物品都是为丰富，我们周围大大小小的物品都是由各种材料制成的。由各种材料制成的。一、材料与社会发展一、材料与社会发展1、材料在人类发展的历史进程中有着极其重要的作用。、材料在人类发展的历史进程中有着极其重要的作用。原始人利用石材原始人利用石材制造的工具。制造的工具。（1）旧、新石器时代：原始人利用不同性能的天然材料（木材、石头、动物的皮、骨做成工具或生活用品铸钟。我国是世界上掌握青铸钟。我国是世界上掌握青铜冶炼技术的国家之一。铜冶炼技术的国家之一。马踏飞燕。我国东

2、汉马踏飞燕。我国东汉时期的艺术珍品。时期的艺术珍品。（2）青铜时代青铜时代：人们学会冶炼人金属铜，并用它来制造工具.我国出土的铁制工具。我国出土的铁制工具。传统拉索桥传统拉索桥（3）铁器时代铁器时代：为制造机器提供了材料基础，开创了人类的新纪元.现代拉索桥现代拉索桥2、材料的使用与环保材料的发展及使用也带来许多资源和环境问题，如何合理地利用资源主有效地保护环境？我们要用“可持续发展的观点”和“环境保护的意识”来合理利用资源，有效地保护环境开发和利用材料的各种特性。1、根据材料的导电性能：材料可分为、根据材料的导电性能：材料可分为导体、导体、绝缘体、绝缘体、半导体半导体导导 体：体：容易导电容易

3、导电的材料的材料绝缘体：绝缘体：不容易导电不容易导电的材料的材料导电性介于导体和绝缘体之间，而且电阻随导电性介于导体和绝缘体之间，而且电阻随温度的增加而减小，这种材料叫做温度的增加而减小，这种材料叫做半导体。半导体。常见的常见的半导体材料半导体材料有：硅、砷化镓、锑化铟、有：硅、砷化镓、锑化铟、锗等锗等二、材料的导电性二、材料的导电性 你能利用桌上的实验器材设计你能利用桌上的实验器材设计实验来证明哪些物质容易导电实验来证明哪些物质容易导电吗吗？电路图：电路图：2、材料导电性的实质 导电性是由材料内部电子的运动状况决定的，导体的电阻小，绝缘体电阻大。半导体可以制成二极管、三极管等半导体元件半导体

4、可以制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路和集成电路3、半导体的用途：各种半导体元件：各种半导体元件：半导体二极管、光电二极管、热敏电阻、发光二极管、半导体二极管、光电二极管、热敏电阻、发光二极管、三极管及集成电路等三极管及集成电路等半导体二极管半导体二极管光电二极管光电二极管集成电路集成电路三极管三极管光敏电阻光敏电阻热敏电阻热敏电阻半导体二极管单向导电特性半导体二极管单向导电特性甲甲乙乙半导体二极管单向导电特性半导体二极管单向导电特性根据光电二极管的特性，光照射光电二极管时，光根据光电二极管的特性，光照射光电二极管时，光电二极管导通，被控制的灯泡发光，此时的光电二电二极管导通，被控制的灯

5、泡发光，此时的光电二极管相当于一个开关极管相当于一个开关当光照到某些半导体时，半导体内将会当光照到某些半导体时，半导体内将会产生电流太阳能电池就根据这个原理产生电流太阳能电池就根据这个原理制成的制成的最新的微处理器最新的微处理器奔腾双核酷睿处理器奔腾双核酷睿处理器无人探测器无人探测器内部有大量半导体元内部有大量半导体元件构成的电路件构成的电路 半导体二极管又叫晶体二极管，有两根引线，一正极，一负极，导电性能特殊，它，只允许电流从它的正极流向负极，不允许从负极流向正极。半导体二极管有半导体二极管有单向导电性单向导电性半导体三极管可以用来半导体三极管可以用来放大电信号放大电信号、超导材料超导材料

6、1911 1911年，荷兰莱顿大学的卡末林年，荷兰莱顿大学的卡末林昂内斯意外昂内斯意外地发现，将汞冷却到地发现，将汞冷却到-268.98-268.98时，汞的电阻突然消时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林电性能，卡末林昂内斯称之为超导态。卡茂林由昂内斯称之为超导态。卡茂林由于他的这一发现获得了于他的这一发现获得了19131913年诺贝尔奖年诺贝尔奖三、开发新材料三、开发新材料超导体超导体：能够发生超导现象的物质称为：能够发生

7、超导现象的物质称为超导体超导体超导现象超导现象:当温度降低到绝对零度附近时，当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻突然变为零，这种现象叫某些材料的电阻突然变为零，这种现象叫做做超导现象超导现象导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。人们做过这样一个实验，在一个浅平的锡盘中，放入人们做过这样一个实验，在一个浅平的锡盘中，放入一个体积很小磁性很强的永久磁铁，然后把温度降低，一个体积很小磁性很强的永久磁铁，然后把温度降低，使锡出现超导性。这时可以看到，小磁铁竟然离开锡盘

8、使锡出现超导性。这时可以看到，小磁铁竟然离开锡盘表面，飘然升起，与锡盘保持一定距离后，便悬空不动表面，飘然升起，与锡盘保持一定距离后，便悬空不动了。这是由于超导体的完全抗磁性了。这是由于超导体的完全抗磁性.当一个磁体和一当一个磁体和一个处于超导态的超导个处于超导态的超导体相互靠近时，磁体体相互靠近时，磁体的磁场会使超导体表的磁场会使超导体表面中出现超导电流。面中出现超导电流。此超导电流形成的磁此超导电流形成的磁场，在超导体内部，场，在超导体内部，恰好和磁体的磁场大小相等，方向相反。这便产恰好和磁体的磁场大小相等，方向相反。这便产生了一个向上的浮力。生了一个向上的浮力。人们可以利用人们可以利用超

9、导磁悬浮现象超导磁悬浮现象制造超导列车和超导制造超导列车和超导船，由于这些交通工具将在悬浮无摩擦状态下运行，这船，由于这些交通工具将在悬浮无摩擦状态下运行，这将大大提高它们的速度和安静性，并有效减少机械磨损。将大大提高它们的速度和安静性，并有效减少机械磨损。利用超导材料制造交通工具在技术上还存在一定的障碍，利用超导材料制造交通工具在技术上还存在一定的障碍，但它势必会引发交通工具革命的一次浪潮。但它势必会引发交通工具革命的一次浪潮。超导材料和超导技术有着广阔的应用前景。超导材料的超导材料的零电阻特性零电阻特性可以用来输电和制造大型可以用来输电和制造大型磁体。超高压输电会有很大的损耗，而利用超导体

10、则磁体。超高压输电会有很大的损耗，而利用超导体则可最大限度地降低损耗，但由于临界温度较高的超导可最大限度地降低损耗，但由于临界温度较高的超导体还未进入实用阶段，从而限制了超导输电的采用。体还未进入实用阶段，从而限制了超导输电的采用。随着技术的发展，新超导材料的不断涌现，超导输电随着技术的发展，新超导材料的不断涌现，超导输电的希望能在不久的将来得以实现。的希望能在不久的将来得以实现。、纳米材料纳米材料 年，诺贝尔奖获得者、被认为继年，诺贝尔奖获得者、被认为继爱因斯坦之后最为睿智的理论物理学家爱因斯坦之后最为睿智的理论物理学家理查理查得得费因曼教授提出：费因曼教授提出：物理学的规律不排除物理学的规

11、律不排除根据人类意愿根据人类意愿一个一个原子一个原子制造物品的可能。原子一个原子制造物品的可能。”科学家在一小片镍晶体上用35个氙原子写出字母“IBM”在扫描隧道显微镜下，科学家将48个铁原子排列在铜表面上，形成一个圆形围栏纳米超晶格纳米超晶格想象中的纳米想象中的纳米“机器人机器人”计算机芯片中的纳米导线计算机芯片中的纳米导线纳纳 米米 机机 械械 零零 件件药物做成纳米颗粒药物做成纳米颗粒将来人们可以用纳米技术将来人们可以用纳米技术一个一个地将原子组装起一个一个地将原子组装起来制成各种纳米机器来制成各种纳米机器 纳纳米米镜镜面面纳米纳米(nm):(nm):纳米是长度单位，纳米是长度单位，1n

12、m=101nm=10-9-9m m相当于相当于万分之一头发的粗细万分之一头发的粗细.纳米技术纳米技术:是指通过直接操纵单个原子、分子来是指通过直接操纵单个原子、分子来组装和制造物质的技术。组装和制造物质的技术。纳米材料纳米材料:在纳米量级内调控物质结构制成的在纳米量级内调控物质结构制成的具有特异性能的材料具有特异性能的材料.当物质颗粒小到纳米量级后，这种物质就可被称当物质颗粒小到纳米量级后，这种物质就可被称为纳米材料。神奇的是同一种物质，因为构造上以为纳米材料。神奇的是同一种物质，因为构造上以纳米为单位的变化，其物理性能与化学性质便会产纳米为单位的变化，其物理性能与化学性质便会产生意想不到的巨

13、变。生意想不到的巨变。纳米材料具有许多奇异的特性，比如，原来是导纳米材料具有许多奇异的特性，比如，原来是导体的铜等金属，在尺寸减小到几个纳米时就不导电体的铜等金属，在尺寸减小到几个纳米时就不导电了；而绝缘的二氧化硅等，当尺寸减小到几个纳米了；而绝缘的二氧化硅等，当尺寸减小到几个纳米或十几个纳米时，电阻会大大下降，失去绝缘体特或十几个纳米时，电阻会大大下降，失去绝缘体特性，变得能够导电。通常性况下陶瓷是脆性材料，性，变得能够导电。通常性况下陶瓷是脆性材料，因而限制了它的应用范围，而纳米陶瓷却变成了韧因而限制了它的应用范围，而纳米陶瓷却变成了韧性材料，在常温下能弯曲，不怕摔，坚固无比。正性材料，在

14、常温下能弯曲，不怕摔，坚固无比。正因为纳米材料具有独特的性质，因此它可能存在奇因为纳米材料具有独特的性质，因此它可能存在奇妙的应用前景。妙的应用前景。我们每个人在脱衣服时都曾有过被静电所扰的我们每个人在脱衣服时都曾有过被静电所扰的经历，而应用纳米技术，在化纤布料中加入少量的经历，而应用纳米技术，在化纤布料中加入少量的金属纳米微粒就可以使这一问题迎刃而解，而且将金属纳米微粒就可以使这一问题迎刃而解，而且将纳米颗粒放到织物纤维中去，做成的衣服不沾水又纳米颗粒放到织物纤维中去，做成的衣服不沾水又防污。在食物中添加纳米微粒，可以除味杀菌，聪防污。在食物中添加纳米微粒，可以除味杀菌，聪明的厂家已利用这一

15、技术生产出可以抗菌的冰箱。明的厂家已利用这一技术生产出可以抗菌的冰箱。纳米陶瓷粉体作为涂料的添加剂也得到广泛的应用，纳米陶瓷粉体作为涂料的添加剂也得到广泛的应用，这些特种涂料涂在塑料或木材上，具有防火、防尘这些特种涂料涂在塑料或木材上，具有防火、防尘和耐磨的性能。玻璃和瓷砖表面涂上纳米薄层，可和耐磨的性能。玻璃和瓷砖表面涂上纳米薄层，可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖，任何粘在表面上的脏以制成自洁玻璃和自洁瓷砖，任何粘在表面上的脏物，包括油污、细菌，在光的照射下，由于纳米的物，包括油污、细菌，在光的照射下，由于纳米的催化作用，都可以变成气体或者容易被擦掉的物质。催化作用，都可以变成气体或者容易被擦掉的物质。谢谢！