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1、课题有机合成材料,一、有机化合物,活动与探究,根据上表讨论：(1)甲烷,乙醇,葡萄糖,淀粉和蛋白质的组成元素有什么共同点？(2)甲烷，乙醇和葡萄糖的相对分子质量与淀粉和蛋白质的相对分子质量相比有什么不同?,CH4,C2H5OH,C6H12O6,NaOH,H2SO4,NaCl,(C6H10O5)n,C、H,C、H、O,C、H、O,C、H、O,C、H、O、N,H、S、O,Na、O、H,Na、Cl,.,有机化合物：,无机化合物:,（含碳元素的化合物）,小分子：如CH4、C2H5OH、C6H12O6等,高分子：蛋白质、淀粉等,但CO、CO2、H2CO3、碳酸盐等除外,一般不含碳，如：H2SO4,NaO
2、H,NaClFe2O3，CO、CO2、H2CO3、碳酸盐等,化合物,在有机物中，碳原子不但可以和氢、氧、氮等原子直接结合，而且碳原子之间还可以互相连接起来，形成碳链或碳环。有机物种类异常庞大，目前已发现逾3000万种有机物。,1.化合物的分类,、生活中常见的有机物,(1)最简单的有机物CH4（甲烷）-天然气(2)最常喝的有机物C2H5OH（乙醇）-酒(3)醋酸CH3COOH-食醋(4)蔗糖C12H22O11-白糖、红糖、甘蔗(5)蛋白质、淀粉、维生素等-谷类、薯类(6)塑料、纤维、橡胶等-生活用品,、有机物的共性,（1）大多数有机物难溶于水，易溶于有机溶剂；（2）大多数有机物熔沸点较低；（3）
3、绝大多数有机物受热易分解、易燃烧；（4）不易导电（绝缘）,二、有机合成材料有机高分子化合物制成的材料,、有机高分子材料（）天然有机高分子材料,棉花，羊毛，蚕丝和天然橡胶等都属于天然有机高分子材料,二、有机合成材料有机高分子化合物制成的材料,、有机高分子材料（1）天然有机高分子材料（2）合成有机高分子材料 塑料 合成纤维 合成橡胶,三大合成材料,、有机高分子材料的结构与性质,由于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。,聚合物,当小分子连接构成高分子时，有的形成很长的链状，有的由链状结成网状。,（）链状结构的高分
4、子材料（如聚乙烯塑料）加热时熔化，冷却后变成固体，加热后又可以熔化，因而具有热塑性。这种高分子材料可以反复加工，多次使用，能制成薄膜、拉成丝或压制成所需要的各种形状，用于工业，农业和日常生活等。如：聚乙烯（PE），聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，俗称有机玻璃）、聚氯乙烯（PVC）（）网状结构的高分子材料（如酚醛塑料，俗称电木）具有热固性。一经加工成型就不会受热熔化。,热塑性的聚乙烯制成的塑料薄膜大棚,、常见的有机合成材料的性质和用途,（）塑料：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。,（）合成纤维：合成纤维的强度高、弹性好、耐磨和耐化
5、学腐蚀，但它的吸水性和透气性较差。因此，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又挺括。常见的合成纤维有涤纶（的确良）、锦纶（尼龙）、腈纶等,、常见的有机合成材料的性质和用途,合成纤维制成的吊带系列,超细合成纤维制成的衣服,（）合成橡胶：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。,、常见的有机合成材料的性质和用途,塑料垃圾对大自然的污染,三、合成材料带来的问题及解决问题的措施,、合成材料废弃物对环境危害严重 如：“白色污染”废弃塑料，长期堆积会破坏土壤，污染
6、地下水，危害海洋生物的生存，焚烧时产生的HCl气体会污染空气。,、要解决“白色污染”问题，应该从以下几个方面着手：（1）减少使用不必要的塑料制品，如用布袋代替塑料袋等；（2）重复使用某些塑料制品如塑料袋、塑料盒等；（3）使用一些新型的、可降解的塑料，如微生物降解塑料和 光降解塑料等；（4）回收各种废弃塑料。,、解决回收废弃塑料的障碍分类,我国制定的塑料包装制品的回收标志事例,三、合成材料带来的问题及解决问题的措施,、合成材料废弃物对环境危害严重,、要解决“白色污染”问题，应该从以下几个方面着手：,塑料回收不仅可以减少废弃塑料的数量，而且节约资源，由于合成塑料的材料种类繁多，造成塑料的分类是回收
7、和再利用的一大障碍。,辩论：塑料制品对人类及大自然的影响,塑料的制造成本较低,而且耐用、防水。,塑料容易被塑制成不同的形状。,有些塑料容易燃烧，燃烧时产生有毒气体。,大部分塑料的抗腐蚀能力强，不与酸或碱发生反应。,大部分塑料不会腐烂，也不会被细菌分解，容易造成“白色污染”。,塑料一般不导热、不导电，是良好的绝缘体。,回收利用废弃塑料时，分类十分困难，而且经济上不划算。,塑料是石油炼制的产品制成的，石油资源是有限的。,、新型合成材料环境友好的新材料,近年来，为了解决使用合成材料带来的环境问题，新型有机合成材料逐渐向环境友好的方向发展。此外为满足计算机、生物工程、海洋工程和航空航天工业等尖端技术发
8、展的需要，人们还研制了许多新型有机合成材料如：,功能材料,隐身材料,复合材料,学完本课题我们应该知道,有机化合物都含有碳元素，但含有碳元素的化合物并不都是有机化合物。有机高分子化合物是相对分子质量很大的有机化合物。塑料、合成纤维和合成橡胶等是重要的有机合成材料。有机合成材料的出现是对自然资源的一种补充，化学在有机合成材料的发展中起着重要的作用。新型有机合成材料必将为人类创造更加美好的未来。使用有机合成材料会对环境造成影响，如“白色污染”。,课题3 有机合成材料,一、有机化合物 1.分类：无机化合物：(一般不含碳元素)如：H2SO4,NaOH,NaCl,NaHCO3,CuO 有机化合物：含碳元素
9、的化合物（如:CH4,C2H5OH,CH3COOH,HCHO)2.生活中常见的有机物 3.有机物的共性二、有机合成材料 1.有机高分子材料（1）天然有机高分子材料：棉花，羊毛，蚕丝和天然橡胶等（2）合成有机高分子材料 a.塑料：热塑性塑料：加热可重新熔化，如：PE、PVC、PP、PS、PMMA 热固性塑料：一旦成型就不再受热熔化，如：电木,电玉 b.合成纤维：如：涤纶(的确良),锦纶(尼龙),腈纶 c.合成橡胶：如丁苯橡胶，顺丁橡胶，氯丁橡胶 2.合成材料带来的环境问题及解决问题的措施 3.新型合成材料-环境友好的新材料,1.下列物质属于塑料的是（）A、棉花 B、纤维 C、尼龙 D、聚苯乙烯,
10、课堂练习,2.下列物质中，属于合成纤维的是（）A、的确良 B、棉花 C、聚乙烯 D、羊毛,3.下列材料中属于合成高分子的是（）A、棉花 B、羊毛 C、粘合剂 D、蚕丝,D,A,C,课堂练习,4.下列说法中正确的是（）A、塑料都不导电 B、将塑料袋焚烧就会减少白色污染，不会对空气造成污染C、人们已经研制出了隐身材料等新型有机化合物D、天然橡胶与合成橡胶相比具有高弹性、绝缘性和耐高温性能,5.通常所说的白色污染是指（）A、冶炼厂的白色烟尘 B、聚乙烯等白色塑料垃圾C、石灰窑的白色粉末D、白色建筑废料,C,B,功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物
11、理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发
12、展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占 85%。我国高技术(863)计划、国家重大基础研究973计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。,功能材料,超导材料,生物医用材料,生态环境材料,智能材料,超导材料 以NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像（NMRI）、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用；SQUID作为超导体弱电应用的典范已在微弱电磁信号测量方面起到了重要作用，其灵敏度是其它任何非超导的装置无法达到的。但是，由于常规低温超
13、导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦(4.2K)系统中使用，因而严重地限制了低温超导应用的发展。高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用温度从液氦（4.2K）提高到液氮（77K）温区。同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的上临界场H c2(4K)50T，能够用来产生20T以上的强磁场，这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。正因为这些由本征特性Tc、Hc2所带来的在经济和技术上的巨大潜在能力，吸引了大量的科学工作者采用最先进的技术装备，对高Tc超导机制、材料的物理特性、化学性质、合成工艺及显微组织进行
14、了广泛和深入的研究。高温氧化物超导体是非常复杂的多元体系，在研究过程中遇到了涉及多种领域的重要问题，这些领域包括凝聚态物理、晶体化学、工艺技术及微结构分析等。一些材料科学研究领域最新的技术和手段，如非晶技术、纳米粉技术、磁光技术、隧道显微技术及场离子显微技术等都被用来研究高温超导体，其中许多研究工作都涉及了材料科学的前沿问题。高温超导材料的研究工作已在单晶、薄膜、体材料、线材和应用等方面取得了重要进展。,超导材料,生物医用材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、
15、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。生物医用材料（biomedical material）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。它是研究人工器官和医疗器械的基础，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的莲勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。当代生物材料已处于实现重大突破的边缘，不远的将来，科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业.由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。生物体内各种材料和部件有各
16、自的生物功能。它们是“活”的，也是被整体生物控制的。生物材料中有的是结构材料，包括骨、牙等硬组织材料和肌肉、腱、皮肤等软组织；还有许多功能材料所构成的功能部件，如眼球晶状体是由晶状体蛋白包在上皮细胞组成的薄膜内而形成的无散射、无吸收、可连续变焦的广角透镜。在生物体内生长有不同功能的材料和部件，材料科学的发展方向之一是模拟这些生物材料制造人工材料。它们可以做生物部件的人工代替物，也可以在非医学领域中使用。前者如人工瓣膜、人工关节等；后者则有模拟生物黏合剂、模拟酶、模拟生物膜等,生物医用材料,生态环境材料研究的主要方向生态环境材料研究的主要方向有：减少人均材料流量，减少材料集约化程度；减少寿命周期
17、中的环境负荷，使用生态化的生产工艺；开发天然能源，使用藏量丰富的矿物和天然材料；避免使用有害物质，使用“清洁”材料；使用长寿命材料，强化再生利用，强化生物降解性；修复环境，强调生态效率(性能一环境负荷比)；环境负荷小的高分子合金设计；可再生循环高分子材料的设计；完全降解高分子材料设计；高分子材料加工和使用过程中产生的有害物质无害化处理技术。,生态环境材料的定义生态环境材料是指那些具有良好的使用性能和优良的环境协调性的材料。良好的环境协调性是指资源、能源消耗少，环境污染小，再生循环利用率高。生态环境材料是人类主动考虑材料对生态环境的影响而开发的材料，是充分考虑人类、社会、自然三者相互关系的前提下
18、提出的新概念，这一概念符合人与自然和谐发展的基本要求，是材料产业可持续发展的必由之路。生态环境材料是由日本学者山本良一教授于20 世纪90 年代初提出的一个新的概念，它代表了21 世纪材料科学的一个新的发展方向。,生态环境材料,隐身材料,隐身材料（stealth material）是实现武器隐身的物质基础。武器装备如飞机、舰船、导弹等使用隐身材料后，可大大减小自身的信号特征，提高生存能力。隐身材料按频谱可分为声、雷达、红外、可见光、激光隐身材料、按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料。声隐身材料包 括消声材料，隔声材料，吸声材料及消声、隔声、吸声的复合体。主要用于新一代潜艇。雷达隐身材料能
19、吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达波，从而达到隐身的目的。另外，一些由硅、碳、硼、玻璃纤维，以及某些陶瓷与有机聚 合物构成的复合材料，有很高的机械强度，可用于制作部分结构件，如飞机蒙皮、雷达天线罩等，同时又具有隐身 功能，这类材料称为隐身结构材料。红外隐射材料主要用于车辆、舰艇、军用飞机及其他军用设施，使这些装 备和设施的红外辐射与背景基本达到一致，敌人的红外探测器难以分辨。用铝粉及含有二价铁离子的材料作为 填充料，加到能透过红外线的粘结剂中，可构成红外隐身涂料。可见光隐身材料通常由铝粉、多属氧化物粉和有 机物复合而成，或由掺杂的半导体材料构成，可形成与背景颜色相匹配的迷彩图案，满足可见光
20、隐身的要求。激 光隐身材料用来对抗激光制导武器、激光雷达和激光测距机，要求这些材料对激光的反射率低可吸收率高。对 隐身材料来说，对某种探测手段的隐身性能好，往往对另一种探测手段的隐身性能就不好。例如，对激光探测的 隐身性能好，对红外探测就不能隐身。这就是隐身材料的相容性问题。为解决这一问题，研制了兼容型隐身材 料，如雷达波、红外兼容隐身材料，红外、激光兼容隐身材料，雷达波、红外、激光等多种兼容的隐身材料等。这是当前隐身材料的发展方向。,复合材料,复合材料(Composite materials)，是以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(reinforcement)组合而成的材料
21、。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和
22、高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。,复合材料的主要应用领域有：航空航天领域。由于复合材料热稳定性好，比强度、比刚度高，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、大型运载火箭的壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。汽车工业。由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪声、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。化工、纺织和机械制造领域。有良好耐蚀性的碳纤维与树脂基体复合
23、而成的材料，可用于制造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等。医学领域。碳纤维复合材料具有优异的力学性能和不吸收X射线特性，可用于制造医用X光机和矫形支架等。碳纤维复合材料还具有生物组织相容性和血液相容性，生物环境下稳定性好，也用作生物医学材料。此外，复合材料还用于制造体育运动器件和用作建筑材料等。,智能材料（Intelligent material)又可以称为敏感材料，由传感器或敏感元件等与传统材料结合而成。智能材料就是指具有感知环境（包括内环境和外环境）刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设
24、计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。国外在智能材料的研发方面取得很多技术突破，如英国宇航公司在导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间，仅为10分钟；在压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料在航空上的应用取得大量创新成果。,智能材料,智能材料可分为两大类：（1）嵌入式智能材料，又称智能材料结构或智能材料系统 在基体材料中，嵌入具有传感、动作和处理功能的三种原始材料。传感元件采集和检测外界环境给予的信息，控制处理器指挥和激励驱动元件，执行相应的 动作。（2）有些材料微观结构本身就具有智能功能，能够随着环境和时间的变化改变自己的性能，如自滤玻璃、受辐射时性能自衰减的Inp半导体等。,
