高二-粤教版-物理-选择性必修三-第二章《新材料》课件

高二—粤教版—物理—选择性必修三—第二章

新材料知识回顾物体气体液体固体晶体盖—吕萨克定律气体实验定律理想气体状态方程玻意耳定律查理定律毛细现象表面张力浸润与不浸润非晶体单晶体多晶体热气球打气泵测定肺活量等防水布料酒精灯等液晶显示屏

气态、液态和固态是最常见的三种物质形态，这些不同形态物理材料的应用，对人类社会的发展起到了重大的推动作用。

历史学家们曾经根据人类使用的材料把古代史划分为石器时代、陶器时代、铜器时代和铁器时代。

每一次新材料的发现与利用都极大地推动了人类社会的发展。

直到今天各种新材料的涌现，每一次进步都标志着人类社会生产水平的一大跨越。每一次新材料的开发和使用，都推动人类社会迈上新的台阶。

ENIAC(电子数字积分计算机）

世界上第一台通用计算机

长30.48m，宽6m，高2.4m

占地面积约170平方米

有30个操作台，造价48万美元

17468根真空管（电子管)7200根晶体二极管计算速度为每秒5000次加法

华为公司2019年推出的麒麟9905G手机芯片，在手指甲盖大小的地方，集成了103亿个晶体管，运算速度达到每秒万亿次。基础知识基础知识ENIAC(电子数字积分计算机）麒麟9905G手机芯片生产时间1946年2019年占地面积集成数量计算速度5000次加法/秒或400次乘法/秒半导体基础知识手机手机平板电脑笔记本电脑台式主机智能手表空调扫地机器人洗衣机基础知识手机二极管芯片老式收音机半导体到底是什么？基础知识基础知识导体基础知识绝缘体一、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掺杂来控制基础知识本征半导体基础知识五价磷原子自由电子（-）N型半导体：自由电子浓度大于本征半导体三价硼原子空穴（+）P型半导体：空穴浓度大于本征半导体基础知识P型半导体N型半导体P型-N型二极管P-N结（单项导电性）单晶硅锭圆晶片圆晶片制成的集成芯片一个集成芯片基础知识基础知识基础知识NE555芯片内部，显微镜下基础知识老式收音机基础知识老式收音机半导体收音机电子管收音机体积小体积大耗电少耗电多寿命长寿命短基础知识

手机集成了光线、距离、重力、加速度、磁场、指纹等十几种传感器，以及多个功能模块以支持通话、上网、导航、拍照等各种功能。

电子及电子元器件的高度集成，使得各种功能组件小型化、微型化成为可能。基础知识2.光/热生伏特效应

基础知识吸热或光照产生电子-空穴对自由电子向N区运动空穴向P区运动可测试的电压2.光/热生伏特效应

基础知识典型案例二、纳米材料

纳米材料即三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(1-100nm)的材料。基础知识

将某些物质的尺度加工到1-100nm时，它的物理性质和化学性质与较大尺度相比，发生了异常的变化，具有一些特殊的用途。用纳米技术制作的衣服具有防污等多种功效未来可实现纳米机器人清理人体内的病变细胞典型案例（一）纳米材料的特点

1.防水防油——荷叶的自洁效应。防水荷叶的自洁效应基础知识典型案例纳米陶瓷粉制成纳米陶瓷刀摔不坏普通陶瓷盘

2.强度高和韧性大。基础知识（一）纳米材料的特点

碳纳米管强度高：约为钢的100倍自重轻：密度是钢的1/6具有良好的柔韧性，可弯曲

2.强度高和韧性大石墨烯黑金

新材料之王预言“彻底改变21世纪”的材料典型案例

3.吸附性强

纳米材料通常对光和物质具有更好的吸收和吸附性。基础知识（一）纳米材料的特点

3.吸附性强

——碳纳米管可以大量吸附氢气。

碳纳米管自身重量轻，中空结构可作为储氢的优良容器，储存的氢气密度甚至比液态或固态氢气还高。

研究表明：常温常压下约2/3的氢气能从碳纳米管中释放。

据预测，对于正在研制的氢气汽车，只需携带1.5升左右的碳纳米管，就可以行驶500公里。（普通燃油汽车需消耗油量约80升）不确定因素：氢气不纯易爆炸，密封性与氢气纯度有待考究。典型案例

4.纳米材料能改变材料的表面活性和生物活性。(1)生活上:可以用来制造冰箱、洗衣机、空调等电器的内壁或外壳，有效防止微生物的滋生，从而不留异味、易于清洗。基础知识（一）纳米材料的特点典型案例纳米抗菌奶瓶普通奶瓶将银纳米化，使银的杀菌能力飞跃洗衣机桶表面上用了纳米尺度的氧化硅微粒与金属离子的组合

4.纳米材料能改变材料的表面活性和生物活性。(2)军事上:将纳米材料涂装在飞机上，能对雷达起到很强的隐身作用。基础知识（一）纳米材料的特点(3)医学上:以纳米磁性材料为载体的靶向药物，可用于血癌、血栓等各种疾病的诊断与治疗。

雷达隐身战机以纳米磁性材料为载体的靶向药物军事上医学上典型案例三、超材料

一般定义为具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构的复合材料，是将人造单元结构以特定方式排列形成的，具有特殊电、磁特征的人造结构材料。典型超材料：左手材料、光子晶体、超磁性材料等。基础知识

基础知识（一）左手材料

左手材料是一种介电常数和磁导率同时为负值的材料。电磁波在其传播时，由于波矢、电场和磁场符合左手定则，因此被称为“左手材料”。

典型案例

左手材料可用于制造高指向性天线，用于聚焦微波波束，实现“完美透镜”，或用于电磁波隐身及制造各种新型微波器件。左手材料的负折射现象

基础知识（二）光子晶体

光子晶体能使某一频率范围的电磁波不能在其内部传播，可用于控制光子的流动，制造光子晶体光纤、光子晶体微带天线等。

基础知识四、新材料的分类

新材料根据其功能和结构可以分为有机材料、合成无机材料、复合材料以及人工超结构材料等。

然而，它们在分类上可能有交叉。典型案例材料特点分类太阳能电池材料具有人工异质结构人工超结构材料中的纳米材料；新性能复合材料；无机功能新材料半导体材料吸光层为纳米级别课堂总结新材料半导体纳米材料超材料：导电性可以通过掺杂来控制光/热生伏特效应防水防油强度高和韧性大吸附性强能改变材料的表面活性和生物活性具有特殊电、磁特征课堂到此结束，谢谢大家的观看！高二—粤教版—物理—选择性必修三—第二章

新材料答疑半导体N型半导体的自由电子多余本征半导体的自由电子，所以N型半导体本身带负电？N型半导体是指在本征半导体（纯净半导体）中掺杂价电子大于4的原子（如5价磷原子）时的半导体。

虽然自由电子数增加，但N型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故N型半导体呈电中性。错误纳米材料的特点同种物质，当它以纳米材料的形态出现时，其物理性质可能会有很大的不同？正确特点应用防水防油防水膜、防水衣、防水手机强度高和韧性大陶瓷刀、防弹衣吸附性强利用碳纳米管制造储氢容器能改变材料的表面活性和生物活性制造电器外壳或内壁，有效防止微生物滋生；雷达隐身飞机；制作靶向药物纳米材料的应用纳米材料在大自然中也有很多的应用，请问同学说是否知道大自然是如何巧妙应用纳米材料的？（举例说明）特点自然现象防水防油具有自我清洁能力的荷叶强度高和韧性大坚硬的贝壳类、甲虫的角质层吸附性强吸附力极强的壁虎的脚自然现象与规律物理概念与规律科技与社会的发展纳米材料对社会发展的负面影响利用纳米材料的特点，在技术允许的前提下，可以广泛普及纳米材料的应用？把纳米材料放在环境中来考虑，将发现它们有许多共同的环境和生态特征，归纳如下：（

1）生物大分子的强烈结合性。纳米污染物往往具有显著的配位、极性、亲脂特性，有与生命物质强烈结合进入体内的趋势。纳米材料的比表面积大，粒子表面的原子数多，周围缺少相邻原子，存在许多空键，故具有很强的吸附能力和很高的化学活性。（

2）生态系统的潜在蓄积毒性。纳米级污染物在环境中存在的浓度一般较低，往往被大量污染物所掩盖。但它们一旦被摄入后即可长期结合潜伏，在特定器官内不断积累增大浓度，终致产生显著毒性效应。另外，通过食物链逐级高位富集，也可导致高级生物的毒性效应。（

3）多种污染物的组合复合性。环境中永远是多种化合物以各种形态同时存在，相互拮抗或协同，成为复合污染体系，难以分辨和控制。（4