第2节 新型材料的研制2

1、第第2 2节节 新型材料的研制新型材料的研制沪教版沪教版 九年级下册九年级下册石器时代石器时代青铜器时代青铜器时代青铜器（战国）错金犀牛尊青铜器（战国）错金犀牛尊青铜器（战国）司母戊方鼎青铜器（战国）司母戊方鼎情景导入情景导入铁铁 器器 时时 代代铁耙铁耙 两汉时期西汉农具两汉时期西汉农具 人们对材料的认识、制造和利用，经历了从天人们对材料的认识、制造和利用，经历了从天然材料到人工合成材料、为特定需求设计材料的发然材料到人工合成材料、为特定需求设计材料的发展过程。展过程。我家的厨房材料？我家的厨房材料？自来水管：镀锡管自来水管：镀锡管水槽、水龙头：不锈钢水槽、水龙头：不锈钢灶台、橱窗：玻璃灶台

2、、橱窗：玻璃墙壁：瓷砖墙壁：瓷砖抽油烟机外壳：塑料抽油烟机外壳：塑料橱门外层：涂料、漆橱门外层：涂料、漆厨房桌台面：人造大理石厨房桌台面：人造大理石金属金属材料材料无机非金无机非金属材料属材料合成合成材料材料复合复合材料材料一、金属材料一、金属材料 包括纯金属和合金包括纯金属和合金 金属材料使用的历史金属材料使用的历史 几种新型合金几种新型合金钛合金钛合金储氢合金储氢合金“形状记忆形状记忆”合金合金青铜器时代：青铜青铜器时代：青铜铁器时代：生铁和钢铁器时代：生铁和钢近现代近现代: 铝铝推进新课推进新课交流与讨论 我们发现在金属利用的过程中我们发现在金属利用的过程中, ,首先利用首先利用青铜青铜

3、, , 然后开始使用铁及钢制品然后开始使用铁及钢制品, ,到近现代才到近现代才开始利用铝制品开始利用铝制品. .请你思考一下请你思考一下, ,这样一个顺这样一个顺序与那些因素有关序与那些因素有关? ?金属活动性强弱金属活动性强弱冶炼金属的难易程度冶炼金属的难易程度古代古代现代现代钛合金钛合金钛合金优点：钛合金优点： 高强度高强度 高韧性高韧性 耐腐蚀耐腐蚀 质地轻质地轻 钛合金与人体有很好的钛合金与人体有很好的“相容性相容性”，因此可用来制造人造骨，因此可用来制造人造骨 钛和钛合金钛和钛合金被认为是被认为是21世纪的重要材料，它具有很多优世纪的重要材料，它具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、

4、可塑性好、易于加工、机良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好等。尤其是抗腐蚀性能非常好，即使把它们放在械性能好等。尤其是抗腐蚀性能非常好，即使把它们放在海水中数年，取出后仍光亮如新，其抗腐蚀性能远优于不海水中数年，取出后仍光亮如新，其抗腐蚀性能远优于不锈钢，因此被广泛锈钢，因此被广泛用于火箭、导弹、航天飞机船舶、化工用于火箭、导弹、航天飞机船舶、化工和通讯设备等和通讯设备等储氢合金储氢合金 主要由钛系储氢主要由钛系储氢合金、锆系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金、铁系储氢合金以及稀土系合金以及稀土系储氢合金储氢合金 重要应用重要应用 利用储氢合金制利用储氢合金制造镍氢电池

5、造镍氢电池形状记忆合金的发现形状记忆合金的发现20世纪世纪60年代初，美国马里兰州海军军械研究所的科学年代初，美国马里兰州海军军械研究所的科学家比勒，用镍钛合金丝做试验。这些合金丝弯弯曲曲，为了使家比勒，用镍钛合金丝做试验。这些合金丝弯弯曲曲，为了使用方便，他把这些合金丝弄直了。但是，当他无意中把合金丝用方便，他把这些合金丝弄直了。但是，当他无意中把合金丝靠近火的时候，奇迹发生了：已经弄直的合金丝居然完全恢复靠近火的时候，奇迹发生了：已经弄直的合金丝居然完全恢复了它们原来弯弯曲曲的形状。了它们原来弯弯曲曲的形状。 形状记忆合金的特点形状记忆合金的特点 形状记忆合金材料是一种形状记忆合金材料是一

6、种新型的功能材料，其特点是在新型的功能材料，其特点是在一定的外力作用下可以改变其一定的外力作用下可以改变其形态形态(形状和体积形状和体积)，但当温度，但当温度升高到某一定值时，它又可完升高到某一定值时，它又可完全恢复原来的形态。全恢复原来的形态。 全程全程Ti-NiTi-Ni记忆合金花记忆合金花 在航空上的应用在航空上的应用月球上的月球上的“奇葩奇葩” 在室温下用形状记忆合金制在室温下用形状记忆合金制成抛物面天线，然后把它揉成直成抛物面天线，然后把它揉成直径径5 5厘米以下的小团，放入阿波罗厘米以下的小团，放入阿波罗1111号的舱内，在月面上经太阳光号的舱内，在月面上经太阳光的照射加热使它恢复

7、到原来的抛的照射加热使它恢复到原来的抛物面形状。这样就能用空间有限物面形状。这样就能用空间有限的火箭舱运送体积庞大的天线了。的火箭舱运送体积庞大的天线了。 无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃等陶瓷、水泥、玻璃等 古代的陶瓷古代的陶瓷 新型陶瓷材料新型陶瓷材料 其他无机非金属材料其他无机非金属材料古代的陶瓷古代的陶瓷 陶器陶器新石器时代马家窑文化新石器时代马家窑文化 螺旋纹彩陶双耳瓮螺旋纹彩陶双耳瓮 新石器时代半坡文化新石器时代半坡文化 陶俑壶陶俑壶 新石器时代新石器时代 彩陶人面纹钵彩陶人面纹钵 古代的陶瓷古代的陶瓷 瓷器瓷器清光绪清光绪 青花云纹瓶青花云纹瓶 唐唐 骆驼载乐俑骆驼载乐俑 北宋北宋

8、 白釉刻花梅瓶白釉刻花梅瓶 某些新型陶瓷能承受高温、强度高某些新型陶瓷能承受高温、强度高 氮化硅氮化硅(Si(Si3 3N N4 4) )陶瓷在陶瓷在12001200左右的高温下，仍具有很高左右的高温下，仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。的强度，可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。某些新型陶瓷具有生物特性某些新型陶瓷具有生物特性 据新华社墨西哥城据新华社墨西哥城20042004年年1 1月月2020日电墨西哥科学院日前发表的一份日电墨西哥科学院日前发表的一份材料说，该国科研人员经过材料说，该国科研人员经过1010年的年的努力，成功开发出一种可供移植的努力，成功开

9、发出一种可供移植的新型陶瓷骨。新型陶瓷骨。 研究者强调说，这种陶瓷骨具研究者强调说，这种陶瓷骨具有组织相容性和生物稳定性好等特有组织相容性和生物稳定性好等特点。它不会导致排异反应，有利于点。它不会导致排异反应，有利于诱导骨质的生长。这种人工骨富含诱导骨质的生长。这种人工骨富含钙、锌，有利于手术后伤口皮肤更钙、锌，有利于手术后伤口皮肤更快愈合快愈合玻璃污染变色玻璃污染变色玻璃 美国加州大气污染观测实验室研制出一种美国加州大气污染观测实验室研制出一种能探测污染的污染变色玻璃。这种玻璃受到污能探测污染的污染变色玻璃。这种玻璃受到污染气体污染时能改变颜色，例如当受到酸性气染气体污染时能改变颜色，例如当

10、受到酸性气体污染时变成绿色、受到含胺气体污染时变成体污染时变成绿色、受到含胺气体污染时变成黄灰色等，用它来制作污染检测材料和标示材黄灰色等，用它来制作污染检测材料和标示材料将具有广泛的用途。料将具有广泛的用途。 自洁玻璃自洁玻璃 日本东京大学发明了一种二氧化钛（日本东京大学发明了一种二氧化钛（TiOTiO2 2）涂层玻璃，能防止污垢和水点聚积于表面，可涂层玻璃，能防止污垢和水点聚积于表面，可达到自动清洗和防震的效果，可不费气力清洁达到自动清洗和防震的效果，可不费气力清洁玻璃窗。玻璃窗。 制造普通玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英，制造普通玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英，反应原理是碳酸钠、碳酸钙在高

11、温下分别跟石英反应原理是碳酸钠、碳酸钙在高温下分别跟石英反应生成硅酸盐（反应生成硅酸盐（CaSiOCaSiO3 3）。写出这两个反应的）。写出这两个反应的化学方程式。化学方程式。Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2涂有隐形材料的飞机涂有隐形材料的飞机-F117-F117有机有机高分高分子材子材料料天然材料天然材料合成材料合成材料天然橡胶天然橡胶天然纤维：棉花、羊毛天然纤维：棉花、羊毛塑塑 料料合成橡胶合成橡胶: 轮胎轮胎聚乙烯塑料：食品袋聚乙烯塑料：食品袋聚氯乙烯塑料：服装袋、聚氯乙烯塑料：服装袋、农用薄膜、雨衣等农用薄膜、雨衣等合成纤维：尼

12、龙、腈纶、涤纶等合成纤维：尼龙、腈纶、涤纶等合成材料优点：强度大、密度小；合成材料优点：强度大、密度小； 缺点：不耐高温缺点：不耐高温有机合成材料有机合成材料点燃后闻气味，有刺激性气味的为聚氯烯塑料。点燃后闻气味，有刺激性气味的为聚氯烯塑料。实验：点燃聚乙烯及聚氯乙烯实验：点燃聚乙烯及聚氯乙烯实验样品实验样品 实实 验验 现现 象象 解释与结论解释与结论 聚乙烯聚乙烯 聚氯乙烯聚氯乙烯 组成元素为组成元素为C、H，生成物为生成物为CO2、H2O，故聚乙烯无毒，可用故聚乙烯无毒，可用于包装食品。于包装食品。 组成元素为组成元素为C、H、Cl，生成物除了生成物除了CO2、H2O外，外，还有还有HC

13、l或其他含氯物质。或其他含氯物质。故聚氯乙烯有毒，不宜用故聚氯乙烯有毒，不宜用于包装食品。于包装食品。 边燃烧边熔化，边燃烧边熔化，无刺激性气味，无无刺激性气味，无黑烟黑烟 不易点燃，燃烧不易点燃，燃烧时有刺激性气味，时有刺激性气味，并有大量黑烟并有大量黑烟 如何在生活中减少如何在生活中减少“白色污染白色污染”的产生？的产生？塑料的应用带来的负面影响塑料的应用带来的负面影响“白色污染白色污染” 危害：破坏土壤结构，污染地下水，危害海洋生物危害：破坏土壤结构，污染地下水，危害海洋生物怎样减少白色污染？怎样减少白色污染？1 1、尽可能的减少使用塑料制品、尽可能的减少使用塑料制品2 2、回收废旧塑料

14、：、回收废旧塑料：3 3、研制和推广可降解塑料、研制和推广可降解塑料回收废旧塑料的好处：回收废旧塑料的好处：1、减少废弃塑料的数量，减少白色污染、减少废弃塑料的数量，减少白色污染2、节约石油资源、节约石油资源（2）合成橡胶）合成橡胶 人们常用的合成橡胶有丁苯橡胶，顺丁橡胶和氯丁橡胶人们常用的合成橡胶有丁苯橡胶，顺丁橡胶和氯丁橡胶等。合成橡胶与天然橡胶相比，具有高弹性，绝缘性、耐油等。合成橡胶与天然橡胶相比，具有高弹性，绝缘性、耐油和耐高温等性能，因而广泛应用于工农业、国防、交通及日和耐高温等性能，因而广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。常生活中。可耐两千度高温的透明橡胶可耐两千度高温的透

15、明橡胶天然橡胶：天然橡胶： 森林中有一种高大的森林中有一种高大的乔木，叫作乔木，叫作“三叶树三叶树”。如果用小刀在它的树皮如果用小刀在它的树皮上割开一个小口子，便上割开一个小口子，便会有牛奶似的树汁流淌会有牛奶似的树汁流淌出来。这种树汁，就是出来。这种树汁，就是今天人们所熟悉的橡胶今天人们所熟悉的橡胶的最初来源。在印第安的最初来源。在印第安人的土语中，人的土语中，“橡胶橡胶”就是就是“树木的眼泪树木的眼泪”的的意思。意思。 纤维纤维天然纤维：天然纤维：毛、丝毛、丝、麻、棉、麻、棉化学纤维化学纤维合成纤维：尼龙、腈纶、涤纶等合成纤维：尼龙、腈纶、涤纶等人造纤维：人造棉、人造丝等人造纤维：人造棉、

16、人造丝等（蛋白质）（蛋白质）（3）合成纤维）合成纤维 点燃，产生焦羽毛气味，不易结球的为羊毛线；无气点燃，产生焦羽毛气味，不易结球的为羊毛线；无气味，易结球的为合成纤维线。味，易结球的为合成纤维线。 合成纤维的强度高、弹性好、耐磨和耐化合成纤维的强度高、弹性好、耐磨和耐化学腐蚀，但它的吸水性和透气性较差。因此，学腐蚀，但它的吸水性和透气性较差。因此，合成纤维常常与棉纤维或羊毛纤维混合纺织，合成纤维常常与棉纤维或羊毛纤维混合纺织，使衣服穿起来既舒适美观。使衣服穿起来既舒适美观。 棉花和羊毛的纤维都是天然纤维棉花和羊毛的纤维都是天然纤维藏藏 羚羚 羊羊纤维皇后纤维皇后绒之王绒之王 羊绒是羊绒是一根

17、根细而弯曲的纤维一根根细而弯曲的纤维，其中含有很多的空气，其中含有很多的空气，并形成空气层，可以防御外来冷空气的侵袭，保留体温不并形成空气层，可以防御外来冷空气的侵袭，保留体温不会减低。会减低。一只绒山羊每年产绒仅一只绒山羊每年产绒仅150-200150-200克。克。 羊绒纤维比羊绒纤维比羊毛细羊毛细很多，外层鳞片也比羊毛细密、光滑，很多，外层鳞片也比羊毛细密、光滑，重量轻、柔软、韧性好重量轻、柔软、韧性好 天然纤维和人造纤维的区别？天然纤维和人造纤维的区别？几种纤维的性质比较实验几种纤维的性质比较实验 性质性质 纤维纤维种类种类 灼烧情况灼烧情况 受酸影响受酸影响受碱液影响受碱液影响结论与

18、解释结论与解释棉花棉花（天然植物纤（天然植物纤维）维） 迅速燃烧，产迅速燃烧，产生黄色火焰，生黄色火焰，有烧纸的气味，有烧纸的气味，固体剩余物松固体剩余物松脆脆 变脆变脆 稍微膨胀，变稍微膨胀，变脆脆 植物纤维主要植物纤维主要是由纤维素组是由纤维素组成，在酸性或成，在酸性或者碱性溶液中者碱性溶液中容易水解为葡容易水解为葡萄糖萄糖 羊毛线羊毛线（天然动物纤（天然动物纤维）维） 燃烧，并产生燃烧，并产生烧焦羽毛的气烧焦羽毛的气味，固体剩余味，固体剩余物松脆物松脆 几乎无变化几乎无变化 变脆变脆 动物纤维中含动物纤维中含有蛋白质，在有蛋白质，在碱性溶液中容碱性溶液中容易被分解。易被分解。 尼龙线尼龙线（合成纤维）（合成纤维） 燃烧时先卷曲、燃烧时先卷曲、融化，后燃烧，融化，后燃烧，冷却后固体剩冷却后固体剩余物变硬余物变硬 几乎无变化几乎无变化 几乎无变化几乎无变化 合成纤维耐酸合成纤维耐酸碱溶液的腐蚀碱溶液的腐蚀 复合材料复合材料 1 1定义：是将两种或者两种以上的材料复合成一体而形定义：是将两种或者两种以上的材料复合成一体而形 成的材料，具有更优异的综合性能。成的材料，具有更优异的综合性能。 2 2主要几种复合材料主要几种复合材料