材料及其应用简介 课件-高二下学期物理沪科版（2020）选择性必修第三册VIP

11.6材料及其应用简介一、材料对人类社会的影响每一种重要材料的开发和应用，都把人类文明推向一个新的阶段。石器时代青铜时代铁器时代信息时代石头石器虽硬却容易断裂，不易加工。效率低下，生产力发展极其缓慢。青铜原始社会合金材料，制作成本较高。给农业和手工业生产以更强大的力量。用于生产数量少。夏、商、西周时期铁带来了相对发达的生产力，促进了中华文明的发展。战国晚期新材料半导体材料促进了计算机技术的发展耐高温高强度的结构材料推动了航天技术的发展低消耗的光导纤维引领了光纤通信技术的发展材料已经与信息、能源一起，被当今国际社会公认为现代文明的三大支柱。二、材料的种类①结构材料主要利用材料的力学特性②功能材料主要利用材料的声、光、热、电、磁等特性。1、按照材料的特性，可将材料分为结构材料和功能材料两类。2、按照材料的应用领域，又可将材料分为信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等。3、习惯上，人们把材料分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。二、材料的种类①金属材料金属材料一般包括金属与合金。合金是由两种或两种以上的金属，或者金属与非金属结合而成的具有金属特性的材料。例如，钢是铁和碳的合金，再加上铬就成了不锈钢，不锈钢具有很强的耐腐蚀，广泛用于制造餐具、外科手术器械及化工设备等。②无机非金属材料无机非金属材料主要有陶瓷和玻璃等。传统的陶瓷材料主要用于制造碗、碟、卫生洁具等日常生活用品。如今，陶瓷新材料有惊人的耐腐蚀性能，能耐受强碱氢氧化钠、几乎所有的无机酸及有机酸的腐蚀，同时它又是一种高性能的电绝缘材料，在现代工业和航空航天领域得到了广泛的应用。二、材料的种类③有机高分子材料有机高分子材料是由含碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素的有机化合物构成的材料。塑料、合成纤维和合成橡胶这三大合成高分子材料，已经成为生产和生活中必不可少的重要材料。例如，人工合成的有机玻璃不但具有玻璃的各种优点，而且非常坚韧，即使受到猛烈撞击也不易破碎，可用于制造飞机的座舱盖及汽车的挡风玻璃，还可用于制造文具、乐器（图2-30）和工艺品等。二、材料的种类④复合材料复合材料是由以上几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既能保留原组成材料的主要优点，又能通过复合效应获得原组合成分所不具备的性能，还可通过材料设计使各组合成分的性能互相补充并彼此关联，从而获得新的优越性能。例如，玻璃钢、碳纤维和陶瓷复合材等新型复合材料具有强度高、耐腐蚀、刚性好、质量轻等优良特性，在许多方面都得到了应用（图2-31）。1、各向异性：单晶体在不同的方向上不仅导热性能不同，而且机械强度、导电性能和光的折射率等其他物理性质也不同，这类现象称为各向异性。2、各向同性：非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，这叫作各向同性。多晶体一般情况下是各向同性的。二、晶体的微观结构（1）1848年，法国物理学家布拉维提出空间点阵假说，认为晶体内部的微粒是有规则地排列着。（2）1912年，德国物理学家劳厄利用X射线进行晶体衍射实验证实假说。【思考问题】为什么晶体的形状和物理性质会与非晶体不同？（3）1982年，人们用扫描隧道显微镜观察到物质表面原子的排列。有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体。石墨是层状结构，层与层之间距离较大，原子间的作用力比较弱，所以，石墨质地松软金刚石中碳原子间的作用力很强，所以，金刚石有很大的硬度；

在晶体中，原子（或者分子、离子）并不是静止不动的。它们在不停地振动，图中所画的那些点，是它们振动的平衡位置。【讨论与交流】如图所示是一个平面上晶体微粒排列的情况。请观察沿不同方向单位长度上微粒的数目是否相同，并思考引起晶体各向异性的原因。

1、晶体和非晶体在适当条件下是可以转化的；

2、组成晶体空间点阵的粒子可以是离子、原子、分子等不同粒子。二、晶体的微观结构基础知识绝缘体一、半导体：指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

基础知识一、半导体：指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

基础知识纯净的半导体：本征半导体

典型半导体材料：硅、锗、砷化镓等(一）特点：1.半导体的导电性可以通过