第三节材料的开发和利用

当前第1页\共有34页\编于星期三\8点第三节材料的开发和利用当前第2页\共有34页\编于星期三\8点当今我们的生活中，可以说物质极大丰富，我们周围大大小小的物品都是由各种材料制成的。当前第3页\共有34页\编于星期三\8点一、材料与社会发展1、材料在人类发展的历史进程中有着极其重要的作用。原始人利用石材制造的工具。（1）旧、新石器时代：原始人利用不同性能的天然材料（木材、石头、动物的皮、骨做成工具或生活用品当前第4页\共有34页\编于星期三\8点铸钟。我国是世界上掌握青铜冶炼技术的国家之一。马踏飞燕。我国东汉时期的艺术珍品。（2）青铜时代：人们学会冶炼人金属铜，并用它来制造工具........当前第5页\共有34页\编于星期三\8点我国出土的铁制工具。传统拉索桥（3）铁器时代：为制造机器提供了材料基础，开创了人类的新纪元.当前第6页\共有34页\编于星期三\8点现代拉索桥当前第7页\共有34页\编于星期三\8点2、材料的使用与环保材料的发展及使用也带来许多资源和环境问题，如何合理地利用资源主有效地保护环境？我们要用“可持续发展的观点”和“环境保护的意识”来合理利用资源，有效地保护环境开发和利用材料的各种特性，当前第8页\共有34页\编于星期三\8点1、根据材料的导电性能：材料可分为导体、

绝缘体、半导体导体：容易导电的材料绝缘体：不容易导电的材料导电性介于导体和绝缘体之间，而且电阻随温度的增加而减小，这种材料叫做半导体。常见的半导体材料有：硅、砷化镓、锑化铟、锗等．二、材料的导电性当前第9页\共有34页\编于星期三\8点2、材料导电性的实质导电性是由材料内部电子的运动状况决定的，导体的电阻小，绝缘体电阻大。当前第10页\共有34页\编于星期三\8点半导体可以制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路3、半导体的用途：当前第11页\共有34页\编于星期三\8点各种半导体元件：半导体二极管、光电二极管、热敏电阻、发光二极管、三极管及集成电路等半导体二极管光电二极管当前第12页\共有34页\编于星期三\8点集成电路当前第13页\共有34页\编于星期三\8点三极管当前第14页\共有34页\编于星期三\8点光敏电阻热敏电阻当前第15页\共有34页\编于星期三\8点半导体二极管单向导电特性当前第16页\共有34页\编于星期三\8点当前第17页\共有34页\编于星期三\8点当前第18页\共有34页\编于星期三\8点根据光电二极管的特性，光照射光电二极管时，光电二极管导通，被控制的灯泡发光，此时的光电二极管相当于一个开关．当前第19页\共有34页\编于星期三\8点当光照到某些半导体时，半导体内将会产生电流．太阳能电池就根据这个原理制成的．当前第20页\共有34页\编于星期三\8点最新的微处理器奔腾双核酷睿处理器无人探测器内部有大量半导体元件构成的电路当前第21页\共有34页\编于星期三\8点半导体二极管又叫晶体二极管，有两根引线，一正极，一负极，导电性能特殊，它，只允许电流从它的正极流向负极，不允许从负极流向正极。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当前第22页\共有34页\编于星期三\8点<一>、超导材料1911年，荷兰莱顿大学的卡末林—昂内斯意外地发现，将汞冷却到-268.98℃时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林—昂内斯称之为超导态。卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖三、开发新材料当前第23页\共有34页\编于星期三\8点超导体：能够发生超导现象的物质称为超导体．超导现象:当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻突然变为零，这种现象叫做超导现象导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。当前第24页\共有34页\编于星期三\8点人们做过这样一个实验，在一个浅平的锡盘中，放入一个体积很小磁性很强的永久磁铁，然后把温度降低，使锡出现超导性。这时可以看到，小磁铁竟然离开锡盘表面，飘然升起，与锡盘保持一定距离后，便悬空不动了。这是由于超导体的完全抗磁性.当一个磁体和一个处于超导态的超导体相互靠近时，磁体的磁场会使超导体表面中出现超导电流。此超导电流形成的磁场，在超导体内部，恰好和磁体的磁场大小相等，方向相反。这便产生了一个向上的浮力。当前第25页\共有34页\编于星期三\8点人们可以利用超导磁悬浮现象制造超导列车和超导船，由于这些交通工具将在悬浮无摩擦状态下运行，这将大大提高它们的速度和安静性，并有效减少机械磨损。利用超导材料制造交通工具在技术上还存在一定的障碍，但它势必会引发交通工具革命的一次浪潮。超导材料和超导技术有着广阔的应用前景。超导材料的零电阻特性可以用来输电和制造大型磁体。超高压输电会有很大的损耗，而利用超导体则可最大限度地降低损耗，但由于临界温度较高的超导体还未进入实用阶段，从而限制了超导输电的采用。随着技术的发展，新超导材料的不断涌现，超导输电的希望能在不久的将来得以实现。当前第26页\共有34页\编于星期三\8点<二>、纳米材料１９５９年，诺贝尔奖获得者、被认为继爱因斯坦之后最为睿智的理论物理学家—理查得·费因曼教授提出：物理学的规律不排除根据人类意愿一个原子一个原子制造物品的可能。”当前第27页\共有34页\编于星期三\8点科学家在一小片镍晶体上用35个氙原子写出字母“IBM”在扫描隧道显微镜下，科学家将48个铁原子排列在铜表面上，形成一个圆形围栏当前第28页\共有34页\编于星期三\8点纳米超晶格想象中的纳米“机器人”计算机芯片中的纳米导线当前第29页\共有34页\编于星期三\8点纳米机械零件当前第30页\共有34页\编于星期三\8点药物做成纳米颗粒将来人们可以用纳米技术一个一个地将原子组装起来制成各种纳米机器纳米镜面当前第31页\共有34页\编于星期三\8点纳米(nm):纳米是长度单位，1nm=10-9m相当于万分之一头发的粗细.纳米技术:是指通过直接操纵单个原子、分子来组装和制造物质的技术。纳米材料:在纳米量级内调控物质结构制成的具有特异性能的材料.当物质颗粒小到纳米量级后，这种物质就可被称为纳米材料。神奇的是同一种物质，因为构造上以纳米为单位的变化，其物理性能与化学性质便会产生意想不到的巨变。当前第32页\共有34页\编于星期三\8点

纳米材料具有许多奇异的特性，比如，原来是导体的铜等金属，在尺寸减小到几个纳米时就不导电了；而绝缘的二氧化硅等，当尺寸减小到几个纳米或十几个纳米时，电阻会大大下降，失去绝缘体特性，变得能够导电。通常性况下陶瓷是脆性材料，因而限制了它的应用范围，而纳米陶瓷却变成了韧性材料，在常温下能弯曲，不怕摔，坚固无比。正因为纳米材料具有独特的性质，因此它可能存在奇妙的应用前景。当前第33页\共有34页\编于星期三\8点我们每个人在脱衣服时都曾有过被静电所扰的经历，而应用纳米技术，在化纤布料中加入少量的金属纳米微粒就可以使这一问题迎刃而解，而且将纳米颗粒放到织物纤维中去，做成的衣服不沾水又防污。在食物中添加纳米微粒，可以除味杀菌，聪明的厂家已利用这一技