材料的開(kāi)發(fā)和利用

1、第三節(jié) 材料的開(kāi)發(fā)和利用,,一、形形色色的材料,冰箱、彩電、洗衣機(jī),2、高樓大廈、道路橋梁,,3、金屬材料,,4、陶瓷材料,景泰藍(lán),5、玻璃,,6、寶石,,7、納米材料,,8、合成材料,,,材料在人類發(fā)展的歷史進(jìn)程中有著極其重要的作用。,原始人利用石材制造的工具。,,鑄鐘。我國(guó)是世界上掌握青銅冶煉技術(shù)的國(guó)家之一。,馬踏飛燕。我國(guó)東漢時(shí)期的藝術(shù)珍品。,我國(guó)出土的鐵制工具。,二、材料的導(dǎo)電性,亮,不亮,不亮,亮,亮,,根據(jù)材料的導(dǎo)電性

2、能：材料可分為,1，導(dǎo)體： 容易導(dǎo)電的材料,2，絕緣體：不容易導(dǎo)電的材料,3，半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間 的材料,,實(shí)驗(yàn)探究：發(fā)光二極管的獨(dú)特功能,二極管發(fā)光,二極管不發(fā)光,發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦?二極管發(fā)光,二極管變暗,探究：光敏電阻的獨(dú)特功能,,光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度而改變。,燈不亮,燈亮,熱敏電阻的阻值隨溫度改變而改變。,

3、探究：熱敏電阻的獨(dú)特功能,太陽(yáng)能電池原理　　當(dāng)光照到某些半導(dǎo)體時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生電流．太陽(yáng)能電池就根據(jù)這個(gè)原理制成的．,最新的微處理器奔騰雙核酷睿處理器,機(jī)器人,無(wú)人探測(cè)器,內(nèi)部有大量半導(dǎo)體元件構(gòu)成的電路,,三、開(kāi)發(fā)新材料,1.超導(dǎo)材料,其中有一種性能較好的材料叫超導(dǎo)材料,為了制造物美價(jià)廉、性能更好的物品，人們正在不斷地研究性能更好、更容易制造的材料。,1911年，翁尼斯在研究汞電阻隨溫度的變化時(shí)，觀察到在測(cè)試降低到4.2K時(shí)，汞

4、的電阻突然降低到測(cè)量不到的微小值。從而發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)電性。,超導(dǎo)體,（1）超導(dǎo)現(xiàn)象和超導(dǎo)體：當(dāng)溫度降低到絕對(duì)零度附近時(shí)，某些材料的電阻率突然減小到無(wú)法測(cè)量的程度，可以認(rèn)為其電阻率突然變?yōu)榱?，這種現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象，能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)稱為超導(dǎo)體． （2）轉(zhuǎn)變溫度TC ：材料由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度，叫做超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度．（3）超導(dǎo)體的兩個(gè)基本特性：零電阻性、抗磁性,超導(dǎo)材料出現(xiàn)以后，人們首先想到的是利用超導(dǎo)體的零電阻性實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大

5、功率輸電。,,超導(dǎo)材料不僅電阻為零，而且還有其它令人注目的特性。,,超導(dǎo)磁懸浮現(xiàn)象使人們想到可以利用超導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)交通工具的無(wú)摩擦運(yùn)行，大大提高交通工具的安全性能和運(yùn)行速度。,2.納米材料,(1)納米是一個(gè)長(zhǎng)度單位：1nm=10-9m,(2)1nm小到什么程度？(10個(gè)分子緊密排布 的尺度，大約是一根頭發(fā)絲的1%),(3)納米材料除了其基本單元空間尺度小 外，在力、熱、聲、光、電、磁等方 面還

6、表現(xiàn)出許多特殊的性能。,(4)納米材料,,,,,,納米機(jī)械零件,,,藥物做成納米顆粒,將來(lái)人們可以用納米技術(shù)一個(gè)一個(gè)地將原子組裝起來(lái) 制成各種納米機(jī)器,納米鏡面,納米衣服不用洗、“納米水”喝出健康……從上世紀(jì)90年代起，實(shí)驗(yàn)室里的尖端科技納米技術(shù)一下子被媒體推到了市民面前，它神秘又令人憧憬：納米究竟是種什么“米”？怎么“種”出來(lái)的？對(duì)我們的生活將產(chǎn)生怎樣的影響？武漢“種植納米”的水平如何？帶著這些問(wèn)題，本報(bào)記者探訪了武漢的一些高校和科研

7、機(jī)構(gòu)，請(qǐng)科學(xué)家來(lái)揭開(kāi)“納米”的面紗。 納米是種什么“米”？近日，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院的納米研究課題組再次接到了深圳某美容機(jī)構(gòu)傳真的“納米硫”訂單。去年，地大在世界上首次研制出“納米硫磺”，在面膜、膏霜等化妝品中應(yīng)用納米硫材料，對(duì)治療脂溢性皮炎、螨蟲(chóng)、青春痘等有奇效。,“納米”譯自英文“nanometer”，它并不是什么特殊的物質(zhì)，而是一種度量單位。1納米等于十億分之一米，相當(dāng)于針尖大小的百萬(wàn)分之一，約相當(dāng)于45

8、個(gè)原子串起來(lái)那么長(zhǎng)。納米技術(shù)就是指在納米尺寸范圍內(nèi)，通過(guò)直接操縱單個(gè)原子、分子來(lái)組裝和創(chuàng)造具有特定功能的新物質(zhì)。當(dāng)物質(zhì)顆粒小到100納米以下，這種物質(zhì)就可被稱為納米材料。其物理性能與化學(xué)性質(zhì)就會(huì)較原來(lái)有意想不到的巨變，這些“巨變”正在生物學(xué)、材料學(xué)、信息技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域展開(kāi)，它們對(duì)人類未來(lái)的生活產(chǎn)生重大影響。納米帶來(lái)美好生活最近，新加坡科學(xué)家在利用納米技術(shù)治療裂骨方面取得突破。實(shí)驗(yàn)中，專家在大鼠腳骨上制造了大約3毫米的裂縫，然后把以納

9、米材料制成的骨頭構(gòu)架植入裂縫中，結(jié)果5個(gè)月后成功讓骨頭完全愈合。這是納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的又一次成功應(yīng)用，但“納米”究竟會(huì)給我們帶來(lái)怎樣的新生活呢？,從第一次工業(yè)革命到現(xiàn)在，真正稱得上主導(dǎo)技術(shù)的只有4次，而“納米”技術(shù)將成為第五次推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域快速發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)。更重要的是，傳統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步往往會(huì)耗費(fèi)巨大的自然資源，而“納米技術(shù)”則將在知識(shí)經(jīng)濟(jì)中成為最大的節(jié)省再生資源和能源的標(biāo)志。專家預(yù)言，借助納米技術(shù)，未來(lái)我們有可能用基因芯片、蛋白

10、質(zhì)芯片組裝成“納米機(jī)器人”，通過(guò)血管送入人體去偵察疾??；攜帶DNA去更換或修復(fù)有缺陷的基因片段。有可能用納米藥物來(lái)阻斷血管餓死癌細(xì)胞。使用納米診斷儀只需檢測(cè)微量血液就可從蛋白質(zhì)和DNA上診斷出各種疾病。利用碳納米管，我們可以搭建強(qiáng)度比鋼高一百倍，但重量只有鋼的六分之一的新型建筑，摩天大樓將修得更高。而用碳納米材料替代硅芯片，將引發(fā)電腦行業(yè)的革命……未來(lái)會(huì)出現(xiàn)很多自然界并不存在的強(qiáng)度高、對(duì)環(huán)境友好、節(jié)省能源和資源的新型材料，這一影響不會(huì)

11、低于現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)、微米技術(shù)給人類帶來(lái)的影響。,納米雖是一個(gè)尺度單位，但卻成為近年來(lái)最時(shí)髦的商業(yè)“亮點(diǎn)”———“納米家電”、“納米水”、“納米服裝”等概念盛行一時(shí)。它們都是真納米嗎？目前市場(chǎng)上的納米產(chǎn)品，往往給人們帶來(lái)一些誤解。比如納米冰箱，通常是添加了氧化鈦的納米無(wú)機(jī)物，具備了一定的抗菌性能；所謂納米洗衣機(jī)，也只能說(shuō)是添加了納米材料的洗衣機(jī)，而且納米材料還只是應(yīng)用在滾筒洗衣機(jī)外桶的內(nèi)壁上，對(duì)于最容易產(chǎn)生污垢的內(nèi)桶的外壁還沒(méi)有很好的解決辦

12、法。在目前我國(guó)相關(guān)行業(yè)、產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還是空缺的情況下，這些產(chǎn)品能否被稱之為“納米產(chǎn)品”還是一個(gè)問(wèn)題，而炒作相關(guān)的納米概念顯然不是科學(xué)和負(fù)責(zé)任的態(tài)度。從世界范圍看，納米研究正在向應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化努力，這也從側(cè)面說(shuō)明“納米技術(shù)”離大規(guī)模的應(yīng)用還有一個(gè)過(guò)程。比如美國(guó)前總統(tǒng)克林頓曾提出的用一個(gè)方糖大小的存儲(chǔ)器可存下國(guó)家圖書(shū)館的資料，這就是“納米晶體管”技術(shù)，但其目前還僅是實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品，不能用于大規(guī)模生產(chǎn)，原因在于改造的成本過(guò)于昂貴、產(chǎn)品的可靠性和

13、耐久性難以驗(yàn)證，“納米科技展示的前景非常美好，但要想使納米材料真正大批量應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)生活中，還需要科學(xué)家和政府的不斷努力?！?納米，有時(shí)也會(huì)帶來(lái)傷害不少專家對(duì)納米概念的炒作表示出擔(dān)心。納米技術(shù)可能出現(xiàn)負(fù)效果，納米材料是非常小的微粒，如果應(yīng)用不得當(dāng)，比如在一些藥物中任意應(yīng)用，也可能突破人體內(nèi)的一些屏障，對(duì)人類的健康造成傷害。課題組曾在一項(xiàng)中藥研究項(xiàng)目中提出納米的方向，但有專家表示疑慮：這種藥材需要做到那么細(xì)嗎？具體微小到什么程度能有最好

14、療效？……這些都值得商榷。全面看待納米技術(shù)帶來(lái)的技術(shù)進(jìn)步和可能出現(xiàn)的弊端，表明人們對(duì)納米技術(shù)的認(rèn)識(shí)更加理性、成熟。皮教授的觀點(diǎn)與近日英國(guó)科學(xué)家針對(duì)納米危害提出的一份報(bào)告的觀點(diǎn)相近。該報(bào)告呼吁重視這種微粒給人類生活帶來(lái)的影響，建議規(guī)范和檢驗(yàn)納米產(chǎn)品，把納米產(chǎn)品對(duì)人體健康和環(huán)境的潛在危害降到最低限度。,目前的問(wèn)題是，人們不清楚人造納米微粒及納米管被人體吸入、通過(guò)皮膚吸收及在環(huán)境中蓄積，會(huì)給人體健康和環(huán)境帶來(lái)什么危害。他強(qiáng)調(diào)，目前國(guó)內(nèi)對(duì)納米

15、產(chǎn)品的監(jiān)控還是一片空白，對(duì)于涉及到普通市民安全的納米產(chǎn)品，人們對(duì)應(yīng)當(dāng)怎樣防護(hù)考慮得還不夠。納米技術(shù)是美好的，但我們應(yīng)該把未來(lái)的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)性降到最低，在這樣的情況下逐步發(fā)揮納米技術(shù)的應(yīng)用潛力，為人類造福。,納米科技·歷程 ·1959年，著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德·費(fèi)曼預(yù)言，人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器，最后將變成根據(jù)人類意愿，逐個(gè)地排列原子，制造產(chǎn)品，這是關(guān)于納米技術(shù)最早的夢(mèng)想。·

16、;20世紀(jì)70年代，科學(xué)家開(kāi)始從不同角度提出有關(guān)納米科技的構(gòu)想，1974年，科學(xué)家唐尼古奇最早使用納米技術(shù)一詞描述精密機(jī)械加工。·1982年，科學(xué)家發(fā)明研究納米的重要工具———掃描隧道顯微鏡，揭示了一個(gè)可見(jiàn)的原子、分子世界，對(duì)納米科技發(fā)展產(chǎn)生了積極的促進(jìn)作用。,·1991年，碳納米管被人類發(fā)現(xiàn)，它的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，強(qiáng)度卻是鋼的100倍，成為納米技術(shù)研究的熱點(diǎn)。諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主斯莫利教授認(rèn)為，碳納米管將是

17、未來(lái)最佳纖維的首選材料，也將被廣泛用于超微導(dǎo)線、超微開(kāi)關(guān)以及納米級(jí)電子線路等。·1993年，繼1989年美國(guó)斯坦福大學(xué)搬走原子團(tuán)“寫(xiě)”下斯坦福大學(xué)英文名字、1990年美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司在鎳表面用36個(gè)氙原子排出“IBM”之后，中國(guó)科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室自如地操縱原子成功寫(xiě)出“中國(guó)”二字，標(biāo)志著我國(guó)開(kāi)始在國(guó)際納米科技領(lǐng)域占有一席之地。·1999年，巴西和美國(guó)科學(xué)家在進(jìn)行碳納米管實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)明了世界上最小的“秤”，它

18、能夠稱量十億分之一克的物體，即相當(dāng)于一個(gè)病毒的重量；此后不久，德國(guó)科學(xué)家研制出能稱量單個(gè)原子重量的秤，打破了美國(guó)和巴西科學(xué)家聯(lián)合創(chuàng)造的紀(jì)錄。·到1999年，納米技術(shù)逐步走向市場(chǎng)，全年納米產(chǎn)品的營(yíng)業(yè)額達(dá)到500億美元。近年來(lái)，一些國(guó)家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計(jì)劃，投入巨資搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地。,在"超級(jí)纖維"領(lǐng)域?qū)嵙Σ蝗醯奈覈?guó)科學(xué)家近年來(lái)也開(kāi)展了相關(guān)研究，并于今年7月取得突 破。西安交通大學(xué)朱長(zhǎng)純教授率領(lǐng)的小組

19、采用新的技術(shù)途徑，引導(dǎo)碳納米管有序、定向生長(zhǎng) 在導(dǎo)電的硅片襯底上，并進(jìn)而研制出功能完備的場(chǎng)發(fā)射像素管，因純度高，有序性好，場(chǎng)發(fā) 射性能也大大提高，在碳納米管平板顯示器的實(shí)用化進(jìn)程中做出了中國(guó)人的獨(dú)特貢獻(xiàn)?！　『蛡鹘y(tǒng)顯示器比，這種顯示器不僅體積小，重量輕，大大省電，顯示質(zhì)量好，而且響應(yīng)時(shí)間 僅為幾微秒，從零下45度到零上85度都能正常工作，因此擁有極廣闊的潛在市場(chǎng)前景?！　√技{米管可制成極好的微細(xì)探針和導(dǎo)線、性能頗佳的加強(qiáng)材料、理想的

20、儲(chǔ)氫材料。它使壁掛 電視進(jìn)一步成為可能，并在將來(lái)可能替代硅芯片的納米芯片中扮演極重要的角色，從而引發(fā)計(jì)算機(jī)行業(yè)革命。,人們一直希望自己的衣料能像荷花般出污泥而不染，現(xiàn)在這種夢(mèng)想已由中國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)。昨天，中科院化學(xué)所專家宣布研制成功一種不粘油污、不粘水的新型納米材料--超雙疏性界面材料。使用這種材料的紡織品和建材，不用洗滌，也不沾染油污。這標(biāo)志著中國(guó)在納米材料研制方面的又一新突破。納米是一種長(zhǎng)度單位，一納米等于十億分之一米，大約相當(dāng)于幾十

21、個(gè)原子的長(zhǎng)度?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料組成的精度達(dá)到納米級(jí)時(shí)，物質(zhì)就能表現(xiàn)出一些新特性，從而為新材料的產(chǎn)生創(chuàng)造條件。最具有說(shuō)明性的例子就是，改變碳原子的排列結(jié)構(gòu)，能把廉價(jià)的石墨變成價(jià)值連城的鉆石。因此，納米技術(shù)是當(dāng)今各國(guó)科技界競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。,練習(xí)一,電阻,超導(dǎo)轉(zhuǎn)變,超導(dǎo)臨界,TC,超導(dǎo)磁懸浮,1～100nm,電阻為零,電能,超導(dǎo)磁懸浮,練習(xí)二,1、關(guān)于超導(dǎo)材料的下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（　　 ）A、超導(dǎo)材料是一種電阻為零的材料B、用很細(xì)的超