新型无机非金属材料

碳族两大豪门兄弟——硅碳

——新型无机非金属材料人教版化学选修2——第三章化学与材料的发展第一节无机非金属材料第二课时南昌大学附属中学王岩第一页，共二十三页。课题1科技新“硅”--统领信息界第二页，共二十三页。观看以下视频第三页，共二十三页。光导纤维概述光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝（主要成分是二氧化硅），直径只有1~100μm左右。它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端进入，在内芯和外套的界面上经多次全反射，从另一端射出。光导纤维为混合物，属于非晶体。“光纤之父”高琨第四页，共二十三页。二、光纤制备流程一般采用SiCl4或硅烷等挥发性化合物进行氧化或水解，通过气相沉积获得低损耗石英光纤预制件，再进行拉丝。SiCl4SiCl4(g)+O2(g)+2H2(g)==SiO2(g)+4HCl(g)

气相沉积法？第五页，共二十三页。

回顾高纯多晶硅硅料主要生产方法根据中间化合物的不同，化学提纯多晶硅可分为不同的技术路线。目前，在工业中广泛应用的技术主要有：三氯氢硅氢还原法（西门子法）硅烷热分解法四氯化硅氢还原法？第六页，共二十三页。硅单质制备的工业流程图多晶硅硅石粗硅工业粗硅四氯化硅单晶硅焦炭高温酸洗Cl2高温H2高温99.9%太阳能级99.9999%95%~99%电子级99.999999999%SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑

①高温Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4

②SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl③高温方法一四氯化硅氢还原法第七页，共二十三页。改良西门子法多晶硅制备工艺流程图SiHCl3的制备多用粗硅与干燥氯化氢在200℃以上反应：Si十3HCl==SiHCl3+H2精馏提纯后的SiHCl3用高纯氢气还原得到多晶硅SiHCl3十H2==Si十3HCl方法二—

三氯氢硅氢还原法(1)制粗硅SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑

高温三氯氢硅（1）易水解、潮解、在空气中强烈发烟，生成HCl和H2，HCl遇水立即转化为盐酸，盐酸具有很强的腐蚀性；H2易燃易爆。2）更易挥发、更易气化、更沸点低；3）易着火、易爆炸、着火点28℃、着火温度220℃，燃烧时产生氯化氢和氢气；高温200℃第八页，共二十三页。方法二—三氯氢硅氢还原法改良西门子法多晶硅制备工艺原理图硅矿石粗硅粉氯气氯化氢合成三氯氢硅合成氯化氢气体三氯氢硅提纯干法回收四氯化硅氢化三氯氢硅三氯氢硅多晶硅还原还原尾气氢气氢气1制取粗硅2三氯氢硅的合成反应3三氯氢硅混合气的精制分离4还原制单晶硅5尾气循环利用5尾气循环利用第九页，共二十三页。

边学边做

整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式：________________；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_______________。在上述流程中可以循环使用的物质是________________

第十页，共二十三页。小小科普员学以致用1你能解释一下太阳能电池板如何发电的吗？2这是个物理变化还是化学变化？第十一页，共二十三页。高温陶瓷生物陶瓷透明陶瓷压电陶瓷新型陶瓷第十二页，共二十三页。硅族其他兄弟姐妹1二氧化硅自然界里比较稀少的水晶可用以制造电子工业的重要部件、光学仪器和工艺品。二氧化硅是制造光导纤维的重要原料。2碳化硅碳化硅SiC,俗称金刚砂。熔点高(2450℃),硬度大(9.2),是重要的工业磨料。如其中掺入某些杂质,会使之出现半导体,作为高温半导体,用于电热元件。作为高温结构陶瓷,日益受到人们的重视。3氮化硅灰白色固体，硬度为9，是最硬的材料之一。它的导热性好且膨胀系数小，可经受低温高温、骤冷骤热反复上千次的变化而不破坏，因此是十分理想的高温结构材料。第十三页，共二十三页。动动手写出制取碳化硅、氮化硅的化学反应方程式。SiO2+3C=SiC+2CO↑3Si+2N2=Si3N43SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl

化学气相沉积法CVD是利用气态物质在固体表面进行化学反应,生成固态沉积物的工艺过程。

高温高温第十四页，共二十三页。结构决定性质金刚石硅晶体二氧化硅碳化硅正四面体碳化硅结构同硅相似分析其可能的性质。原子晶体第十五页，共二十三页。课题2名门望族—“碳”为观止

第十六页，共二十三页。碳单质的不同结构碳原子的排列方式不同，造成二者物理性质的差异。金刚石石墨第十七页，共二十三页。模拟制备金刚石第十八页，共二十三页。3.石墨、金刚石、C60新材料诞生新技术讨论1.高压合成金刚石的局限性？2.化学气相沉积法制造金刚石薄膜的原理是什么？人造金刚石第十九页，共二十三页。气相沉积技术CVD(化学气相沉积法):化学气相沉积是在一定的真空度和温度下，将几种含有构成沉积膜层的材料元素的单质或化合物反应源的气体，通过化学反应而生成固态物质并沉积在基材上的成膜方法。人造金刚石薄膜第二十页，共二十三页。C60一颗璀璨的“明星分子”第二十一页，共二十三页。定义：特性：具有特殊结构和特殊功能（性质）的新材料。能承受高温、强度大：氮化硅陶瓷（耐1200OC)具有光学特性：光导纤维具有电学特性：K3C60超导体具有生物功能：如氧化锆(ZrO2)陶瓷可做人骨用途：医学、日常生活、交通、通讯、机械、建