第三节--材料的开发和利用-ppt课件.ppt
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1、第二十章能源、材料与社会第二十章能源、材料与社会 第三节第三节 材料的开发和利用材料的开发和利用我们周围的材料 虽然社会的发展给我们带来了丰富的物品,但是为了制造物美价廉、性能更好的物品,人们正不断研究性能更好、更容易制造的新材料。创设情境创设情境自主学习自主学习1.1.导体导体 半导体半导体 绝缘体绝缘体 大大 不能通过不能通过 导体导体 绝缘体绝缘体2.2.铜铜 铝铝 玻璃玻璃 橡胶橡胶 硅硅 锗锗3.3.二极管二极管 三极管三极管 单向导电性单向导电性 放大放大4.4.零零 远距离输电远距离输电 超导磁浮超导磁浮5.15.1100100冰箱、彩电、冰箱、彩电、洗衣机洗衣机探究点一探究点一
2、 :材料与社会材料与社会景泰蓝景泰蓝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。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。我国东汉马踏飞燕。我国东汉时期的艺术珍品。时期的艺术珍品。人类社会的发展与人们对材料的认识、开发人类社会的发展与人们对材料的认识、开发和利用密切相关,人类发展过程中先后经历了和利用密切相关,人类发展过程中先后经历了石器时代石器时代、青铜时代青铜时代和和钢铁材料时代钢铁材料时代。根据材料的导电性能,材料可分为根据材料的
3、导电性能,材料可分为导体导体、半导半导体体及及绝缘体绝缘体三大类。三大类。(1)容易导电的材料是导体;)容易导电的材料是导体;(2)不容易导电的材料是绝缘体;)不容易导电的材料是绝缘体;(3)半导体的导电性能介于导体与绝缘体之间。)半导体的导电性能介于导体与绝缘体之间。半导体可以制成二极管、三极管等半导体元件半导体可以制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路。半导体二极管有单向导电性,半导体三和集成电路。半导体二极管有单向导电性,半导体三极管可以用来放大电信号。极管可以用来放大电信号。探究点二探究点二:材料的导电性材料的导电性让我们来看两组半导体的图片让我们来看两组半导体的图片半导体材料半导体
4、材料继白炽灯,荧光灯继白炽灯,荧光灯继白炽灯,荧光灯继白炽灯,荧光灯之后的新一代电光之后的新一代电光之后的新一代电光之后的新一代电光源源源源半导体照明半导体照明半导体照明半导体照明灯灯灯灯,它极为安全,它极为安全,它极为安全,它极为安全,身体接触无任向危身体接触无任向危身体接触无任向危身体接触无任向危险、也可用水清洗险、也可用水清洗险、也可用水清洗险、也可用水清洗等、非常节能,由等、非常节能,由等、非常节能,由等、非常节能,由于光谱中没有紫外于光谱中没有紫外于光谱中没有紫外于光谱中没有紫外线和红外线、故没线和红外线、故没线和红外线、故没线和红外线、故没有很高的热量、属有很高的热量、属有很高的热
5、量、属有很高的热量、属于于于于新型绿色照明光新型绿色照明光新型绿色照明光新型绿色照明光源源源源,使用寿命长。,使用寿命长。,使用寿命长。,使用寿命长。半导体照明装饰天花板半导体照明装饰天花板路灯采路灯采LEDLED与电源模块分离与电源模块分离式设计式设计易于往后维修保固。易于往后维修保固。最佳化散热管理技术,有效最佳化散热管理技术,有效将灯具光衰现象降至最低。将灯具光衰现象降至最低。灯具防尘防水保护等级灯具防尘防水保护等级IP66 IP66。半导体交通信号灯半导体交通信号灯数字电视机数字电视机选择数字电视便选择数字电视便是选择了一种高是选择了一种高品质,新时代的品质,新时代的生活方式生活方式。
6、半导体材料的发展历程及应用领域半导体材料的发展历程及应用领域 半导体材料是半导体工业的基半导体材料是半导体工业的基础,是信息技术和产业发展的础,是信息技术和产业发展的“粮粮食食”。半导体材料应用已经成为半导体材料应用已经成为衡量衡量一个国家经济发展科技进步和国防一个国家经济发展科技进步和国防实力的重要标志实力的重要标志。19111911年,昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时,观察到年,昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时,观察到在测试温度降低到在测试温度降低到4.2K4.2K时,汞的电阻突然降低到测量不时,汞的电阻突然降低到测量不到的微小值。从而发现超导现象。到的微小值。从而发现超导现象。1.超导材
7、料探究点三:探究点三:开发新材料开发新材料a.a.超导现象和超导体:当温度降低到绝对零度附近时,某超导现象和超导体:当温度降低到绝对零度附近时,某些材料的电阻率突然减小到无法测量的程度,可以认为其些材料的电阻率突然减小到无法测量的程度,可以认为其电阻率突然变为零,这种现象叫做电阻率突然变为零,这种现象叫做超导现象超导现象,能够发生超,能够发生超导现象的物质称为导现象的物质称为超导体超导体。b.b.转变温度转变温度T TC C :材料由正常状态转变为超导状态的温度,:材料由正常状态转变为超导状态的温度,叫做超导材料的转变温度。叫做超导材料的转变温度。c.c.超导体的两个基本特性:超导体的两个基本
8、特性:零电阻性、抗磁性零电阻性、抗磁性d d、应用:如下、应用:如下超导材料出现以后,人超导材料出现以后,人们首先想到的是利用超导体们首先想到的是利用超导体的零电阻性实现远距离大功的零电阻性实现远距离大功率输电。率输电。很细的超导丝就可以很细的超导丝就可以输送强大的电流输送强大的电流超导材料不仅超导材料不仅电阻为零,而电阻为零,而且还有其他令且还有其他令人注目的特性。人注目的特性。超导磁悬浮现象使人们想到可超导磁悬浮现象使人们想到可以利用超导体来实现交通工具的无以利用超导体来实现交通工具的无摩擦运行,大大提高交通工具的安摩擦运行,大大提高交通工具的安全性能和运行速度。全性能和运行速度。a.a.
9、纳米是一个长度单位:纳米是一个长度单位:1nm=101nm=10-9-9m mb.1nmb.1nm小到什么程度?小到什么程度?(10(10个分子紧密排布的长度,大约是一根头发丝的个分子紧密排布的长度,大约是一根头发丝的1%)1%)c.c.纳米材料除了其基本单元空间尺度小外,在力、热、声纳米材料除了其基本单元空间尺度小外,在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能。、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能。2.纳米材料纳米材料的应用纳米颗粒材料纳米颗粒材料碳纳米管碳纳米管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
10、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 纳米衣服不用洗、纳米衣服不用洗、“纳米水纳米水”喝出健康喝出健康从上世纪从上世纪9090年代起,实验室里的尖端科技纳米技术一下子被媒体推年代起,实验室里的尖端科技纳米技术一下子被媒体推到了市民面前,它神秘又令人憧憬:纳米究竟是种什么到了市民面前,它神秘又令人憧憬:纳米究竟是种什么“米米”?怎么?怎么“种种”出来的?对我们的生活将产生怎样的影出来的?对我们的生活将产生怎样的影响?武汉响?武汉“种植纳米
11、种植纳米”的水平如何?带着这些问题,本报的水平如何?带着这些问题,本报记者探访了武汉的一些高校和科研机构,请科学家来揭开记者探访了武汉的一些高校和科研机构,请科学家来揭开“纳米纳米”的面纱。的面纱。纳米是种什么纳米是种什么“米米”?近日,中国地质大学(武汉)材料科学与化学工程学近日,中国地质大学(武汉)材料科学与化学工程学院的纳米研究课题组再次接到了深圳某美容机构传真的院的纳米研究课题组再次接到了深圳某美容机构传真的“纳米硫纳米硫”订单。去年,地大在世界上首次研制出订单。去年,地大在世界上首次研制出“纳米硫纳米硫磺磺”,在面膜、膏霜等化妆品中应用纳米硫材料,对治疗,在面膜、膏霜等化妆品中应用纳
12、米硫材料,对治疗脂溢性皮炎、螨虫、青春痘等有奇效。脂溢性皮炎、螨虫、青春痘等有奇效。“纳米纳米”译自英文译自英文“nanometernanometer”,它并不是什么特,它并不是什么特殊的物质,而是一种度量单位。殊的物质,而是一种度量单位。1 1纳米等于十亿分之一米,纳米等于十亿分之一米,相当于针尖大小的百万分之一,约相当于相当于针尖大小的百万分之一,约相当于4545个原子串起个原子串起来那么长。纳米技术就是指在纳米尺寸范围内,通过直来那么长。纳米技术就是指在纳米尺寸范围内,通过直接操纵单个原子、分子来组装和创造具有特定功能的新接操纵单个原子、分子来组装和创造具有特定功能的新物质。当物质颗粒小
13、到物质。当物质颗粒小到100100纳米以下,这种物质就可被称纳米以下,这种物质就可被称为纳米材料。其物理性能与化学性质就会较原来有意想为纳米材料。其物理性能与化学性质就会较原来有意想不到的巨变,这些不到的巨变,这些“巨变巨变”正在生物学、材料学、信息正在生物学、材料学、信息技术等各个领域展开,它们将对人类未来的生活产生重技术等各个领域展开,它们将对人类未来的生活产生重大影响。大影响。纳米带来美好生活纳米带来美好生活 最近,新加坡科学家在利用纳米技术治疗裂骨方面最近,新加坡科学家在利用纳米技术治疗裂骨方面取得突破。实验中,专家在大鼠脚骨上制造了大约取得突破。实验中,专家在大鼠脚骨上制造了大约3
14、3毫米毫米的裂缝,然后把用纳米材料制成的骨头构架植入裂缝中,的裂缝,然后把用纳米材料制成的骨头构架植入裂缝中,结果结果5 5个月后成功让骨头完全愈合。这是纳米技术在医学个月后成功让骨头完全愈合。这是纳米技术在医学领域的又一次成功应用,但领域的又一次成功应用,但“纳米纳米”究竟会给我们带来究竟会给我们带来怎样的新生活呢?怎样的新生活呢?从第一次工业革命到现在,真正称得上主导技术的只从第一次工业革命到现在,真正称得上主导技术的只有有4 4次,而次,而“纳米纳米”技术将成为第五次推动社会各领域快技术将成为第五次推动社会各领域快速发展的主导技术。更重要的是,传统的技术进步往往会速发展的主导技术。更重要
15、的是,传统的技术进步往往会耗费巨大的自然资源,而耗费巨大的自然资源,而“纳米技术纳米技术”则将在知识经济中则将在知识经济中成为最大的节省再生资源和能源的标志。成为最大的节省再生资源和能源的标志。专家预言,借助纳米技术,未来我们有可能用基因芯专家预言,借助纳米技术,未来我们有可能用基因芯片、蛋白质芯片组装成片、蛋白质芯片组装成“纳米机器人纳米机器人”,通过血管送入人,通过血管送入人体去侦察疾病;携带体去侦察疾病;携带DNADNA去更换或修复有缺陷的基因片段。去更换或修复有缺陷的基因片段。有可能用纳米药物来阻断血管饿死癌细胞。使用纳米诊断有可能用纳米药物来阻断血管饿死癌细胞。使用纳米诊断仪只需检测
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