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1、第六章 化学与材料,材料人类利用单质或化合物的某些功能来制作物件时用的化学物质。,一、材料概况,没有新材料的出现，就没有工业的进步和大量新产品的涌现，社会发展和人类进步的一种标志,中国古代文化艺术,商代的青铜器,元代的瓷器,唐三彩骑马俑,唐三彩-马俑,中国古代文化艺术,利用聚硅氧烷（牌号为RTV615）制成的隔热板，能阻隔2200 的高温,使这只小猫受到保护，能安然无恙地站在上面。这种材料是一种透明橡胶，具有隔绝强热功能。类似的聚硅氧烷已经用于大空船的隔热屏，它能耐太空船重返大气层时所产生的8300 的高温达三分钟之久。,耐热的透明陶瓷,第一台电子计算机 ENLAC 1946年，半导体电子管现
2、发展到第四代，单晶硅超大集成电路,光导纤维,一条光缆通路可同时容纳十亿人通话，也可同时传送多套电视节目，非常好的通信材料,材料,用途分类,金属材料,无机非金属材料,有机合成材料（高分子材料）,复合材料,结构材料,功能材料,化学组成分类,二、金属材料,包括纯金属和合金,金属材料使用的历史,几种新型合金,钛合金,储氢合金,“形状记忆”合金,青铜器时代：青铜,铁器时代：生铁和钢,近现代:铝,青铜（主要为Cu、Sn合金）,青铜器（战国）错金犀牛尊,青铜器（商代晚期）司母戊方鼎,我国劳动人民早在商代就制造出精美的青铜器春秋战国时期就会冶铁和炼钢。,1965年12月出土于湖北省江陵望山的一号楚国贵族墓。考
3、古工作者在墓主人身体的左手边，发现一柄装在黑色漆木箱鞘内的名贵青铜剑。青铜剑与剑鞘吻合得十分紧密。拔剑出鞘，寒光耀目，而且毫无锈蚀，刃薄锋利。试之以纸，20余层一划而破。剑全长为55.6厘米，其中剑身长45.6厘米，剑格宽5厘米。剑身满饰黑色菱形几何暗花纹，剑格正面和反面还分别用蓝色琉璃和绿松石镶嵌成美丽的纹饰，剑柄以丝绳缠缚，剑首向外形翻卷作圆箍，内铸有极其精细的11道同心圆圈。,越王勾践青铜剑（CuSn合金）,铝的利用要比铜和铁晚的多，那仅仅是100多年前的事情，但由于铝的密度小和具有抗腐蚀等优良性能，现在世界上铝的年产量已超过了铜，位铁之后，居第二位。,2008年，美国时代周刊公布了在全
4、世界选出的100个最具影响力的设计，“鸟巢”夺得建筑类最具影响力设计的桂冠。,国家体育场主体结构分成两个部分，即混凝土框架结构和钢结构，混凝土结构被钢结构罩在里面。钢结构由24桁架柱围绕着体育场碗状看台区旋转而成。,钛合金,钛合金优点：高强度 高韧性 耐腐蚀 质地轻,储氢合金,主要由钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金以及稀土系储氢合金,重要应用 利用储氢合金制造镍氢电池,形状记忆合金材料是一种新型的功能材料，其特点是在一定的外力作用下可以改变其形态(形状和体积)，但当温度升高到某一定值时，它又可完全恢复原来的形态。,通过形状记忆合金模仿肌肉的收缩来实现人工肌肉的功能。用背部的金属纤维振动
5、翅膀,“形状记忆”合金,镍-钛合金（又称NT合金）具有记忆功能。能引起记忆合金形状改变的条件是温度。,形状记忆合金的原料,形状记忆合金的用途（一）,在航空上的应用月球上的“奇葩”,在室温下用形状记忆合金制成抛物面天线，然后把它揉成直径5厘米以下的小团，放入阿波罗11号的舱内，在月面上经太阳光的照射加热使它恢复到原来的抛物面形状。这样就能用空间有限的火箭舱运送体积庞大的天线了。,形状记忆合金.mp4,形状记忆合金的用途（二）,在医学上的应用 合金作为驱动元件，具有可动的肩、肘、腕及手指的微型机械手。手指和手腕靠TiNi合金螺旋弹簧的伸缩实现开闭和弯曲动作，肘和肩是靠直线状的TiNi合金丝的伸缩做
6、弯曲动作，各个形状记忆合金驱动元件都由直接通上的脉宽可调电流加以控制。,小结：金属材料包括铁，铝，铜等纯金属和合金，在金属中加热熔合某些金属或非金属而制得的合金，其性能会发生改变，合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀性能等也更好，因此，合金具有更广泛的用途。,陶瓷，水泥，磁性材料，光学材料，团簇等,三、无机非金属材料,新型陶瓷材料,古代陶瓷材料,传统无机非金属材料：硅酸盐材料,陶瓷在我国有悠久的历史，在新石器时代，我们的祖先就已能制造陶器，到唐宋时期，制造水平已经很高，唐朝时的“唐三彩”，宋朝时的“钧瓷”等闻名于世，流传至今。作为陶瓷的故乡，我国陶都宜兴的陶器和瓷都景德镇的瓷器，
7、在世界上都享有盛誉。制造陶瓷器的主要原料是黏土,成份是硅酸盐。,古代陶瓷材料,古代的陶瓷 陶器,新石器时代马家窑文化 螺旋纹彩陶双耳瓮,新石器时代半坡文化 陶俑壶,新石器时代 彩陶人面纹钵,古代的陶瓷 瓷器,清光绪 青花云纹瓶,唐 骆驼载乐俑,北宋 白釉刻花梅瓶,水泥建筑,水泥是非常重要的建筑材料，高楼大厦和各种建筑工程都离不开它。制造普通水泥的原料有黏土，石灰石，石膏。,传统无机非金属材料,玻璃仪器,玻璃是我们每天都可以见到的一种硅酸盐材料，一般住宅的窗玻璃就是最常见的玻璃，被称为普通玻璃。制造普通玻璃的原料是纯碱，石灰石和石英。,新型陶瓷能承受高温、强度高,氮化硅(Si3N4)陶瓷在120
8、0左右的高温下，仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。,Si3N4轴承,钢化玻璃,钢化玻璃是将普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后加热到接近的软化点，再进行快速均匀的冷却而得到。,玻璃纤维,从高纯度的二氧化硅或称石英玻璃熔融体中，拉出直径约100 m的细丝，称为石英玻璃纤维。玻璃可以透光，但在传输过程中光损耗很大，用石英玻璃纤维光损耗大为降低，故这种纤维称为光导纤维.,光导纤维及其应用是20世纪70年代以来世界科学技术领域最重要的发明之一。激光的方向性强、频率高，是进行光纤通讯的理想光源。光纤通讯与电波通讯相比，光纤通讯能提供更多的通讯通路，可满足大容量通讯系统的需要。,光
9、纤通讯信息高速公路,1损耗低 2重量轻 3抗干扰能力强 因为光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在光纤中传输的信号不易被窃听，因而利于保密。4保真度高,光纤通讯信息高速公路,医用内窥镜 光导纤维可以用于食道、直肠、膀胱、子宫、胃等深部探查内窥镜（胃镜、血管镜等）的光学元件和不必切开皮肉直接插入身体内部，切除癌瘤组织的外科手术激光刀，即由光导纤维将激光传递至手术部位。照明和光能传送 利用光导纤维可以实现一个光源多点照明，利用塑料光纤光缆传输太阳光作为水下、地下照明 3.光纤服装 法国一公司首创了光纤喷砂打磨技术，可使激光沿着光导纤维束传播而不受其包裹在外层的有反光作用的护套的
10、影响。用这种光导纤维束织成的布料可通过发光传递信息。这些信号在黑暗里或浓烟密布中，可起到很大的救生作用。,玻璃纤维的其他应用,某些新型陶瓷具有生物特性,某些新型陶瓷具有压电效应,如安放在打火机中的压电陶瓷，一经敲打即刻产生一个电火花，将机械能转变成电能。医用B超发生器的心脏也是一块压电陶瓷，它实现的却是一个逆向转换：将电脉冲转变成机械振动，产生超声波。,新型陶瓷的应用,透明陶瓷,一般陶瓷不透明的原因是其内部存在有杂质和气孔，前者能吸收光，后者令光产生散射。因此如果选用高纯原料，并通过工艺手段排除气孔就可能获得透明陶瓷。这些透明陶瓷不仅有优异的光学性能，而且耐高温，一般它们的熔点都在2000 C
11、以上。如氧化钍-氧化钇透明陶瓷的熔点高达3100 C，透明陶瓷的重要用途是制造高压钠灯，它的使用寿命达2万小时。高压钠灯的工作温度高达1200 C，压力大、腐蚀性强，选用氧化铝透明陶瓷为材料、成功地制造出高压钠灯。可以制造防弹汽车的窗、坦克的观察窗、,纳米陶瓷,精细陶瓷粉体的颗粒较大，属微米级(10-6 m)，有人用新的制备方法把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级(10-9 m)，用这种所谓超细微粉体粒子来制造陶瓷材料，得到新一代纳米陶瓷，这是陶瓷材料的第三次飞跃。纳米陶瓷具有延性，有的甚至出现超塑性。如室温下合成的TiO2陶瓷，它可以弯曲，其塑性变形高达100，韧性极好。,纳米陶瓷被称为是21世纪陶
12、瓷。,纳米材料的粒子是超细微的，粒子数多，表面积大，而且处于粒子界面上的原子比例甚高，一般可达总原子数一半左右。这就使纳米材料具有不寻常的表面效应、界面效应和量子效应等，因此而呈现出一系列独特的性质。例如金的熔点是1063，而纳米金只有330，熔点降低近700；银的熔点由金属银的960.8 降为纳米银的100。,又如纳米铂黑催化剂，由于表面积大，表面活性高，可使乙烯氢化反应的温度从600 降至室温；纳米铁的抗断裂应力比普通铁高12倍，等等。纳米材料的问世促使纳米技术的诞生。所谓纳米技术是指用单个原子或分子作材料建造物体的技术。,宝玉石基础知识,分为:宝石,玉石和石一 宝石1 宝石之王-金刚石硬
13、度极大,达摩氏10级,已有人工合成.化学成份是碳.2 蓝宝石和红宝石硬度大,达摩氏9级,主要成份为氧化铝.3 祖母绿:因含铬而呈现绿色.4 水晶:硬度7,主要成份为二氧化硅.,二 玉石1.玉中之王-翡翠命名来自翡翠乌,红者为翡,绿者为翠.硬玉,硬度6.67其优劣主要取决于水头,色彩,底,种,瑕庇等1999年香港佳士得春季拍卖会一条翡翠项链以1454万港元成交.,2 中国两大美玉-和田玉和岫岩玉(1)和田玉也称软玉,硬度66.5和田玉产于新疆以白玉价最高,各种玉石的化学组分样品种类 MgO Al2O3 SiO2 K2O CaO MnO FeO/Fe2O3新疆和田 23.01 2.00 59.04
14、 0.05 13.4 0.071 0.36玛纳斯碧玉15.48 4.52 59.09 0.034 13.84 0.073 5.400岫玉 40.32 2.73 54.62 0.047 0.21 0.01 0.823独山玉 0.67 33.81 42.63 2.4 14.840-0.700翡翠(白)-25.31 59.36-0.716-0.29京白玉 6.66 9.86 81.7 0.033 0.218-0.021金青石-19.78 23.31 29.01(Na2O:16.03),小结：传统的无机非金属材料具有抗腐蚀、耐高温等许多优点，但也有质脆，经不起热冲击等弱点，新型无机非金属材料继承了传统
15、材料的许多优点，并具有更加优异的特性，如强度高，耐高温、耐腐蚀等，用途更加广泛，主要用于航天、机械和医疗等方面。,合成材料的品种很多，合成纤维、塑料、合成橡胶为常用的三大合成材料，而黏合剂、涂料也属合成材料的范畴。有机合成材料的诞生，结束了人类只能依靠天然材料的历史。,四、有机合成材料,优点：强度大、密度小；缺点：不耐高温,1合成纤维,合成原料：主要为石油、煤、石灰石、水、空气等。,天然纤维,化学纤维,动物纤维：蚕丝、羊毛等,植物纤维：棉花、麻、稻草等,人造纤维：粘胶丝（人造棉）、人造丝等,合成纤维：锦纶、涤纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶等,分 类,(1)天然纤维,植物性纤维（纤维素纤维）,动物性
16、纤维（蛋白质纤维）,例：棉花、麻、稻草等,例：羊毛、蚕丝等,天然纤维,棉花和羊毛的纤维都是天然纤维,纤维素纤维,蛋白质纤维,藏 羚 羊,纤维皇后绒之王,羊绒是一根根细而弯曲的纤维，羊绒纤维比羊毛细很多，外层鳞片也比羊毛细密、光滑，重量轻、柔软、韧性好,(2)化学纤维,人造纤维粘胶丝（人造棉）、人造丝等,合成纤维锦纶、涤纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶等,化学纤维,、合成纤维与人造纤维的区别：,人造纤维：利用竹、木材等经化学加工和纺织而制成的纤维,合成纤维：用石油产品、煤、石灰石、水、空气等为原料，通过一系列化学反应制造而成,.分类：,、合成纤维的性能和用途：,它们具有强度高、耐磨、弹性好和耐化学腐蚀
17、等优点,但吸水性和透气性不如天然纤维优良.除了供人类穿着外，在生产和国防上也有很多用途。,合成纤维与天然纤维的比较,棉花、羊毛等,涤纶(的确凉)、锦纶、腈纶等,吸水性、透气 性好,强度高、弹性好、耐磨和耐化学腐蚀,迅速燃烧，产生黄色火焰，有烧纸的气味，固体剩余物松脆,燃烧，并产生烧焦羽毛的气味，固体剩余物松脆,燃烧时先卷曲、融化，后燃烧，冷却后固体剩余物变硬,变脆,几乎无变化,几乎无变化,几乎无变化,变脆,稍微膨胀变脆,植物纤维主要是由纤维素组成，在酸性或者碱性溶液中容易水解为葡萄糖,动物纤维中含有蛋白质，在碱性溶液中容易被分解。,合成纤维耐酸碱溶液的腐蚀,活动与探究一:,(如何鉴别毛衣的成分
18、?),如果服装是由两种或两种以上的纤维制成的，标签上应注明每种纤维种类的含量，如“涤纶20棉80”等。,服装标签,合成纤维常常与棉纤维或羊毛纤维混合纺织，使衣服穿起来既舒适美观。,说说身边的塑料制品有哪些?,生活制品：包装袋、保鲜膜、水桶、矿泉水瓶、自来水管、下水管道、玩具、雨衣、椅子、钳子外皮、导线外皮等,学习用品：直尺、圆珠笔、三角板等,科技产品：微机、电视、身份证塑封、学生证等,2、塑料,这些高分子化合物大部分是由小分子聚合而成的，所以也常被称为聚合物。例如，聚乙烯分子是由成千上万个乙烯分子聚合而成的高分子化合物。,聚乙烯分子模型,塑料品种很多，用途也各不相同。,聚氯乙烯,聚乙烯,当两者
19、都是薄膜时，如何区别？,塑料的品种很多，用途也各不相同。使用最多的是聚乙烯塑料和聚氯乙烯塑料。,边燃烧边滴落,不易点燃边燃烧边滴落,无,有黑烟,无,刺鼻气味,合成材料的应用与发展大大方便了人类的生活，但是，合成材料的废弃物的急剧增加也带来了环境问题，废弃塑料带来的“白色污染”尤为严重。,塑料包装制品回收标志,可降解塑料的降解过程,初放时,1个月,2个月,2.5个月,3个月,天然橡胶,合成橡胶,3、合成橡胶,森林中有一种高大的乔木，叫作“三叶树”。如果用小刀在它的树皮上割开一个小口子，便会有牛奶似的树汁流淌出来。这种树汁，就是今天人们所熟悉的橡胶的最初来源。在印第安人的土语中，“橡胶”就是“树木
20、的眼泪”的意思。,天然橡胶,橡胶的强化（加入碳黑）,人们常用的合成橡胶有丁苯橡胶、顺丁橡胶和氯丁橡胶等。合成橡胶与天然橡胶相比，具有高弹性，绝缘性、耐油和耐高温等性能，因而广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。,合成橡胶的性能和用途,五、复合材料,宇航员的航空服与神舟七号所用的材料是什么？,不同的材料具有不同的性质：,、金属材料强度大，但不耐腐蚀,、陶瓷材料耐高温，但脆性大,、合成材料强度大、密度小，但不耐高温,航天、航空工业需要密度小、耐高温、高强度的特殊材料如何获得呢？,复合材料的性能及用途,具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，广泛应用在宇航工业、汽车工业、机械工业、体育用品
21、甚至人类健康等方面。,机动车的轮胎是用合金钢与橡胶的复合材料制成的,碳纤维复合材料及其制品,F22-隐形飞机,掺有金属短纤维、碳纤维、有机高分子材料等复合物,原生态撑杆开创历史,山胡桃木,“竹竿时代”的世界纪录也随之上升到了4.77米,3.3米的世界纪录,玻璃纤维撑杆辉煌一时,较轻的自重和极强的柔韧性,碳素纤维撑杆另辟蹊径,更加轻便，坚韧而富有韧性,伊辛巴耶娃第23次打破了世界纪录，她让撑杆跳的横杆停留在了5.04米的高度,科 技 奥 运,塑胶跑道,从1896雅典奥运会的泥地到1900年巴黎奥运会的草地，原始的跑道一直限制了参赛选手的发挥。直到1904年圣路易奥运会华盛顿大学体育场铺设了第一个
22、煤渣跑道。1968年墨西哥奥运会之后，塑胶跑道开始成为国际田径比赛必备的基本设施。,“鸟巢”采用的是最新式的高速塑胶跑道，下面质地较软，上部较硬。这种设计有助于短跑运动员提升速度，同时还可以减少长跑运动员受伤的几率。,牙买加选手尤塞恩博尔特在男子100米决赛中以9秒69的成绩打破世界记录,碳纤维假肢,“刀锋战士”之称的南非“无腿飞人”奥斯卡皮斯托瑞斯,这套名为“印度豹”的假肢造型如同一个大写的“J”，价值超过20万元人民币，由高性能碳纤维复合材料制成，由5080层碳纤维构成，不到4公斤重，是专为膝下及膝上截肢运动员设计的运动型假肢，能够模仿健全运动员脚部和踝关节的反应动作，储存和释放能量。,泳
23、衣的革命,“飞鱼”迈克尔-菲尔普斯穿着“鲨鱼皮四代”在本届奥运会拿到了8块金牌,丝绸，效果不尽理想,1950年起尼龙泳衣开始风靡世界。这种泳衣可随身体自由伸缩，尤其是经线方向更易伸长。,双向伸缩的聚氨脂纤维游泳衣,如今，科学家研制出一种具有鱼类皮肤特点的游泳衣，由特氟纶纤维制成。从帽子到裤子设计成一体，表面涂上相对分子质量为400万的高分子化合物，与水发生摩擦时，高分子化合物剥落，阻力即减。,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
