20.3-材料的开发与利用.ppt

1、201.1.知道材料对人类社会发展的促进作用。知道材料对人类社会发展的促进作用。2.2.知道导体、绝缘体、半导体导电性能的知道导体、绝缘体、半导体导电性能的差异，知道半导体二极管的单向导电性。差异，知道半导体二极管的单向导电性。3.3.知道超导材料是一种电阻为零的材料，知道超导材料是一种电阻为零的材料，知道超导材料具有超导磁悬浮的特性。知道超导材料具有超导磁悬浮的特性。4.4.了解纳米材料的有关知识。了解纳米材料的有关知识。我们周围的材料我们周围的材料钻石是指经过琢磨的金刚钻石是指经过琢磨的金刚石，金刚石是一种天然矿石，金刚石是一种天然矿物，是钻石的原石。简单物，是钻石的原石。简单地讲，钻石是

2、在地球深部地讲，钻石是在地球深部高压、高温条件下形成的高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质一种由碳元素组成的单质晶体。晶体。材料与社会发展材料与社会发展大跨度桥梁缆索用高性能钢丝是在大跨度桥梁缆索用高性能钢丝是在具有高强度级别的同时，又兼有高具有高强度级别的同时，又兼有高扭转、低松弛性能的产品。扭转、低松弛性能的产品。人类社会的发展与人们对材料的认识、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，人类发展过程中开发和利用密切相关，人类发展过程中先后经历了石器时代、青铜时代和钢铁先后经历了石器时代、青铜时代和钢铁材料时代。材料时代。纯铜纯铜纯铜常被称作紫铜。它具有良好的导电性、导

3、热性和纯铜常被称作紫铜。它具有良好的导电性、导热性和耐蚀性有良好的导电性、导热性和耐蚀性。做导线等耐蚀性有良好的导电性、导热性和耐蚀性。做导线等黄铜黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。强度高，以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。强度高，可塑性好，易加工耐腐蚀。做机器零件、仪表等。可塑性好，易加工耐腐蚀。做机器零件、仪表等。青铜青铜把铜与锡的合金称作青铜。强度高，可塑性好、耐把铜与锡的合金称作青铜。强度高，可塑性好、耐腐蚀、耐磨。做机器零件如轴承、齿轮等。腐蚀、耐磨。做机器零件如轴承、齿轮等。白铜白铜把铜和镍的合金称作白铜。光泽好、耐腐蚀、易加工。把铜和镍的合金称作白铜。光泽好、耐腐蚀、易加

4、工。做钱币、代替银做饰品等做钱币、代替银做饰品等黄金黄金不锈钢不锈钢把铁、铬、镍的合金称作不锈钢。抗腐蚀性好。做医把铁、铬、镍的合金称作不锈钢。抗腐蚀性好。做医疗器械、炊具、容器等。疗器械、炊具、容器等。把金、银、铜的合金称作黄金。光泽好、耐磨、易加把金、银、铜的合金称作黄金。光泽好、耐磨、易加工。做金饰品、钱币、电子元件等。工。做金饰品、钱币、电子元件等。材料的特性材料的特性1、强度、强度 2、硬度、硬度 3、延展性、延展性 4、抗腐蚀性、抗腐蚀性 5、密度、密度 6、导电性导电性.6、导电性、导电性根据材料的导电性能，材料可分为导体、绝根据材料的导电性能，材料可分为导体、绝缘体及半导体三大

5、类。缘体及半导体三大类。材料的导电性材料的导电性导体：导体：容易导电的材料是导体容易导电的材料是导体绝缘体：绝缘体：不容易导电的材料是绝缘体不容易导电的材料是绝缘体半导体：半导体：导电能力介于导体和半导体之间。导电能力介于导体和半导体之间。应用：应用：应用：应用：应用：应用：制成二极管、三极管及集成电路。制成二极管、三极管及集成电路。半导体二极管有单向导电性，半导体三极管可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以用来放大电信号通导电流、传输电能通导电流、传输电能操作电力工具时保护人身安全操作电力工具时保护人身安全橡胶手橡胶手套套,而且防电路短路而且防电路短路电线绝缘层电线绝缘

6、层等等一、半导体一、半导体 1.半导体材料的导电性能介于导体半导体材料的导电性能介于导体与绝缘体之间，与绝缘体之间，具有一些特殊的物理性质。具有一些特殊的物理性质。2.半导体材料有硅、锗和砷化镓等。半导体材料有硅、锗和砷化镓等。二、半导体二极管的特性二、半导体二极管的特性1、单向导电性、单向导电性2、热敏特性、热敏特性3、光敏特性、光敏特性4、掺杂特性、掺杂特性主要作用是将电流放大，三极管的放大倍数一般主要作用是将电流放大，三极管的放大倍数一般在几十到几百倍。在几十到几百倍。三、半导体三极管的特性三、半导体三极管的特性 实物图实物图 操作操作现象现象 结论结论发发光光二二极极管管 实验探究：发

7、光二极管的独特功能实验探究：发光二极管的独特功能二二极极管管发发光光二二极极管管不不发发光光发光发光二极二极管具管具有单有单向导向导电性电性A接接正正B接接负负A接接负负B接接正正 实物图实物图操作操作现现象象 结论结论光光敏敏电电阻阻1，光敏，光敏电阻接电阻接入电路入电路2，再用，再用手指捏手指捏住光敏住光敏电阻电阻二二极极管管发发光光二二极极管管变变暗暗探究：光敏电阻的独特功能光敏光敏电阻电阻的阻的阻值随值随光照光照强度强度而改而改变。变。其中有一种性能较好的材料叫超导材料其中有一种性能较好的材料叫超导材料 为了制造物美价廉、性能更好的物品，人们正在为了制造物美价廉、性能更好的物品，人们正

8、在不断地研究性能更好、更容易制造的材料。不断地研究性能更好、更容易制造的材料。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，汞的时，汞的电阻突然降低到测量不到的微小电阻突然降低到测量不到的微小值。从而发现超导现象。值。从而发现超导现象。一、超导材料一、超导材料探索新材料探索新材料超导体超导体1.1.超导现象和超导体：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，可以认为其电阻率突然变为零，减小到无

9、法测量的程度，可以认为其电阻率突然变为零，这种现象叫做这种现象叫做超导现象超导现象，能够发生超导现象的物质称为，能够发生超导现象的物质称为超导体超导体。2.2.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，叫做超导材材料由正常状态转变为超导状态的温度，叫做超导材料的料的转变温度转变温度。3.3.超导体的两个基本特性：超导体的两个基本特性：零电阻性、抗磁性零电阻性、抗磁性超导材料出现以后，超导材料出现以后，人们首先想到的是利用人们首先想到的是利用超导体的零电阻性实现超导体的零电阻性实现远距离大功率输电。远距离大功率输电。很细的超导丝就可以输送强大的电流很细的超导丝就可以输送

10、强大的电流超导材料不仅电阻超导材料不仅电阻为零，而且还有其为零，而且还有其他令人注目的特性。他令人注目的特性。把一块磁铁放在超导盘上，由于超导盘把磁感应线排把一块磁铁放在超导盘上，由于超导盘把磁感应线排斥出去，斥出去，超导盘跟磁铁之间有排斥力，结果磁铁悬浮在超导盘跟磁铁之间有排斥力，结果磁铁悬浮在超导盘的上方。这种超导悬浮在工程技术中是可以大大利超导盘的上方。这种超导悬浮在工程技术中是可以大大利用的，用的，超导悬浮列车就是一例。让列车悬浮起来，与轨超导悬浮列车就是一例。让列车悬浮起来，与轨道脱离接触，这样列车在运行时的阻力降低很多。道脱离接触，这样列车在运行时的阻力降低很多。1.1.纳米是一个

11、长度单位：纳米是一个长度单位：2.1nm2.1nm小到什么程度？小到什么程度？3.3.纳米的特性：纳米的特性：二、纳米材料二、纳米材料(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%)纳米材料除了其基本单元空间尺度小外，在力、热、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。声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能。1nm=101nm=10-9-9m m4.4.纳米材料纳米材料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纳米纳米“机器人机器人”PC芯片中的纳米导线芯片中的纳米导线

12、纳米机械零件纳米机械零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从上世纪世纪9090年代起，实验室里的尖端科技纳米技术一下子年代起，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，纳米的物理性能与化学性质被媒体推到了市民面前，纳米的物理性能与化学性质就会较原来有意想不到的巨变，这些就会较原来有意想不到的巨变，这些“巨变巨变”正在生正在生物学、材料学、信息技术等各个领域展开，它们将对物学、

13、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大影响。人类未来的生活产生重大影响。电阻电阻超导转变超导转变超导临界超导临界T TC C超导磁悬浮超导磁悬浮1 1100nm100nm.电阻为零电阻为零电能电能超导磁悬浮超导磁悬浮.纳米颗粒材料纳米颗粒材料录音带、录像带和磁盘等都是采用磁性颗粒作为磁记录介质。随着社会的信息化，要求信息储存量大、信息处理速度高，推动着磁记录密度日益提高，促使磁记录用的磁性颗粒尺寸趋于超微化。.碳纳米管碳纳米管碳纳米管具有良好的力学性能，抗拉强度是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，纳米超晶格纳米超晶格纳米

14、超晶格被认为是纳米材料向宏观器件的有效过渡，纳米超晶格被认为是纳米材料向宏观器件的有效过渡，在显示、传感、太阳能电池、光纤通信等领域有巨大应在显示、传感、太阳能电池、光纤通信等领域有巨大应用潜力。用潜力。想象中的纳米想象中的纳米“机器人机器人”纳米机器人，可以随着血液，依附在大脑细胞上，并时纳米机器人，可以随着血液，依附在大脑细胞上，并时时窃取你的想法，也可以远程跟你对话，在人血中放入时窃取你的想法，也可以远程跟你对话，在人血中放入纳米巡航工具，它能自动分解沉积于静脉血管壁上的胆纳米巡航工具，它能自动分解沉积于静脉血管壁上的胆固醇，；将来纳米机器能够把草地上剪下来的草变成面固醇，；将来纳米机器能够把草地上剪下来的草变成面包包PC芯芯片片中中的的纳纳米米导导线线纳纳米米机机械械零零件件延展性延展性 硬度硬度 弹性弹性绝缘体绝缘体半导体半导体 导体导体三极管三极管二极管二极管材材 料料常见材料常见材料半导体材料半导体材料探索新材料探索新材料应用应用超超导导材材料料纳纳米米 材材料料谢 谢