沪科版九年级全册物理课件:20.3 材料的开发和利用.ppt
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1、第三节 材料的开发和利用 1.1.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、半导体导电性能的差异,知道半导知道导体、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。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,知道超导材料具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。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 材料与社会发展材料与社会发展 人类社会的发展与人们对材料的认识、开发和人类社会的发展与人们对材料的认识、开发
2、和 利用密切相关,人类发展过程中先后经历了石利用密切相关,人类发展过程中先后经历了石 器时代、青铜时代和钢铁材料时代。器时代、青铜时代和钢铁材料时代。 材料的导电性材料的导电性 根据材料的导电性能,材料可分为导体、半导根据材料的导电性能,材料可分为导体、半导 体及绝缘体三大类。体及绝缘体三大类。 容易导电的材料是导体容易导电的材料是导体 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 用来放大电信号用来放
3、大电信号 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,人们正在不断为了制造物美价廉、性能更好的物品,人们正在不断 地研究性能更好、更容易制造的材料。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年,昂内斯在研究汞电阻 随温度的变化时,观察到在测随温度的变化时,观察到在测 试温度降低到试温度降低到4.2K4.2K时,汞的电时,汞的电 阻突然降低到测量不到的微小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.
4、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。 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,: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。 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
5、 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。 1 1. .纳米是一个长度单位:纳米是一个长度
6、单位:1 1nm=nm=1010- -9 9m m 2.1nm2.1nm小到什么程度?小到什么程度?(10(10个分子紧密排布的长度,大个分子紧密排布的长度,大 约是一根头发丝的约是一根头发丝的1%)1%) 3.3.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。 二、纳米材料二、纳米材料 4.4.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 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
7、导线 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、“纳米水”喝出健康纳米衣服不用洗、“纳米水”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”?怎么“种”出来的?对我们的生活将产生怎样的“米”?怎么“种”出
8、来的?对我们的生活将产生怎样的 影响?武汉“种植纳米”的水平如何?带着这些问题,本影响?武汉“种植纳米”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“纳米”的面纱。开“纳米”的面纱。 纳米是种什么“米”?纳米是种什么“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”订单。去年,地大在世界上首次研制出“纳米“纳米硫”订单。去年,地大在世界上首次研制
9、出“纳米 硫磺”,在面膜、膏霜等化妆品中应用纳米硫材料,对治硫磺”,在面膜、膏霜等化妆品中应用纳米硫材料,对治 疗脂溢性皮炎、螨虫、青春痘等有奇效。疗脂溢性皮炎、螨虫、青春痘等有奇效。 “纳米”译自英文“纳米”译自英文“nanometer”nanometer”,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
10、 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“巨变”正在生物学、材料学、信息不到的巨变,这些“巨变”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
11、,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 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“纳米”究竟会给我们带来领域的又一次成功应用,但“纳米”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“纳米
12、”技术将成为第五次推动社会各领域快次,而“纳米”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。更重要的是,传统的技术进步往往会 耗费巨大的自然资源,而“纳米技术”则将在知识经济中耗费巨大的自然资源,而“纳米技术”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“纳米机器人”,通过血管送入人片、蛋白质芯片组装成“纳米机器人”,通过血管送入人 体去侦察疾病;携带体去侦察疾病;携带DNAD
13、NA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 仪只需检测微量血液就可从蛋白质和仪只需检测微量血液就可从蛋白质和DNADNA上诊断出各种疾上诊断出各种疾 病。利用碳纳米管,我们可以搭建强度比钢高一百倍,但病。利用碳纳米管,我们可以搭建强度比钢高一百倍,但 重量只有钢的六分之一的新型建筑,摩天大楼将修得更高。重量只有钢的六分之一的新型建筑,摩天大楼将修得更高。 而用碳纳米材料替代硅芯片,将引发电脑行业的革命而用碳纳米材料替代硅芯片,将引发电脑行业的革命 未来会出现很多自然界并不
14、存在的强度高、对环境友未来会出现很多自然界并不存在的强度高、对环境友 好、节省能源和资源的新型材料,这一影响不会低于现在好、节省能源和资源的新型材料,这一影响不会低于现在 的计算机、微米技术给人类带来的影响。的计算机、微米技术给人类带来的影响。 纳米虽是一个尺度单位,但却成为近年来最时髦的商纳米虽是一个尺度单位,但却成为近年来最时髦的商 业“亮点”业“亮点”“纳米家电”、“纳米水”、“纳米服装”纳米家电”、“纳米水”、“纳米服装” 等概念盛行一时。它们都是真纳米吗?目前市场上的纳米等概念盛行一时。它们都是真纳米吗?目前市场上的纳米 产品,往往给人们带来一些误解。比如纳米冰箱,通常是产品,往往给
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