第三节 材料的开发和利用解读

第三节材料的开发和利用第二十章能量与能源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。材料与社会我们周围大大小小的物品都是由材料制成的。高楼大厦道路桥梁金属材料陶瓷材料景泰蓝宝石纳米材料合成材料100万年以前，原始人就学会利用不同性能的天然材料了，如把木料、石头、动物的皮、骨等制成工具原始人利用石材制造的工具。或用作生活用品。这是原始人智力发展中迈出的重要一步。随着制造技能的不断提高，人类经历了旧石器和新石器时代。大约在5000年前，人类学会了冶炼金属铜并用其来制造工具。后来通过在冶炼时加入少量的锡，获得了比铜更坚硬、密度更小、强度更高的青铜。青铜的利用提高了社会生产力，人类从此进入了青铜时代。铸钟——我国是世界上最早掌握青铜冶炼技术的国家之一铁的利用为人类大规模制造机器提供了材料基础，开创了人类历史上的又一个新纪元。以铁为主发展出的高性能钢铁材料，如今已经成为材料家族的主体。目前，我国许多地方还存在着土法铸钟场材料的发展也为科学技术的发展提供了物质基础。现代工业炼铁车间人们参观现代化炼铁高炉材料的导电性是物理学研究的一个重要方面。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。材料的导电性能是由材料内部电子的运动状况决定的。金、银、铜、铁等金属材料是导电性能较好的良导体。绝缘体的电阻很大，电流几乎不能通过，因此，绝缘体常常被用来隔离带电物体。材料的导电性电缆内部的导线用来传导电流绝缘材料导线，外部的绝缘材料则用来绝缘。这种设计就是利用了材料的导电性不同。铜、铝是最常用的电的良导体，通常被用来制成传导电流的导线。一般情况下，玻璃和橡胶等材料都是绝缘体。导线外面的绝缘包皮用橡胶制成。半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，具有一些特殊的物理性质。半导体材料有硅、锗和砷化镓等。你知道怎样判别导体和绝缘体吗？看下面的判别电路：判别导体和绝缘体通过实验可以判断出：硬币、铅笔芯是导体；而干燥的木棒、橡皮擦、塑料尺是绝缘体。半导体二极管有单向导电性。仅允许电流由一个方向流进元件硅材料常用于制造半导体材料半导体材料有硅、锗和砷化镓等。可以制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路。半导体二极管半导体三极管半导体三极管可以用来放大电信号。从常用的电器，如收音机、录音机、电视机、电脑等电器中，都可以找到大量的半导体元件。集成块集成电路设计中心集成电路板探究：半导体二极管的单向导电性

实验设计：1、把二极管以外的元件串接成通路，灯亮；2、在电路里串联一个二极管，正反各一次，一次亮一次不亮。实验结论：半导体二极管具有单向导电性实验电路图：实验材料：电源、灯泡、开关、导线、接线板、接线柱、半导体二极管（符号三角形—正极；竖杠—负极）正向灯亮反向灯不亮为了制造物美价廉、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，超导材料、纳米材料等。1911年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到在温度降低到4.2K时，汞的电阻突然降低到几乎为零，从而发现超导现象。一、超导材料开发新材料发生超导现象的材料叫超材料。超导材料不仅电阻为零，而且还存在其他引人注目的特性。1933年，迈纳斯和奥森菲尔德发现了超导磁浮现象。超导磁浮现象超导磁浮现象超导材料出现以后，人们首先想到的是利用超导体的零电阻性实现远距离大功率输电，因为超导输电线可以无损耗地输送极大的电流。这意味着用细导线就可以输送强电流。很细的超导丝就可以输送强大的电流超导磁浮现象使人们想到可以利用超导体来实现交通工具得无摩擦运行，这将会大大提高交通工具的运行速度。国产超导磁浮列车超导材料的应用对世界产生了巨大的影响。2006年5月德国女总理默克尔结束访华乘上海磁浮列车前往机场

行驶中的超导磁浮列车2012年11月中国重工研发成功第一艘1000kW高温超导电机推进船二、纳米材料纳米材料是指合成材料的基本单元大小限制在1～100nm范围内的材料，这大约相当于10～1000个原子紧密排列在一起的尺度。纳米材料除了基本单元的尺度小以外，在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能，如它可以大大提高材料的强度和硬度，降低烧结温度，提高材料的磁性等。纳米是一个长度单位：1nm=10-9m人们正在研制纳米尺度的微小机器。见下图：一种纳米尺度机器的局部由纳米材料制成的导线将大大提高计算机的性能，