20.3 材料的开发与利用ppt课件.ppt

第三节材料的开发和利用,1.知道材料对人类社会发展的促进作用。2.知道导体、绝缘体、半导体导电性能的差异，知道半导体二极管的单向导电性。3.知道超导材料是一种电阻为零的材料，知道超导材料具有超导磁悬浮的特性。4.了解纳米材料的有关知识。,我们周围的材料,钻石是指经过琢磨的金刚石，金刚石是一种天然矿物，是钻石的原石。简单地讲，钻石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体。,材料与社会发展,大跨度桥梁缆索用高性能钢丝是在具有高强度级别的同时，又兼有高扭转、低松弛性能的产品。,人类社会的发展与人们对材料的认识、开发和利用密切相关，人类发展过程中先后经历了石器时代、青铜时代和钢铁材料时代。,纯铜,纯铜常被称作紫铜。它具有良好的导电性、导热性和耐蚀性有良好的导电性、导热性和耐蚀性。做导线等,黄铜,以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。强度高，可塑性好，易加工耐腐蚀。做机器零件、仪表等。,青铜,把铜与锡的合金称作青铜。强度高，可塑性好、耐腐蚀、耐磨。做机器零件如轴承、齿轮等。,白铜,把铜和镍的合金称作白铜。光泽好、耐腐蚀、易加工。做钱币、代替银做饰品等,黄金,不锈钢,把铁、铬、镍的合金称作不锈钢。抗腐蚀性好。做医疗器械、炊具、容器等。,把金、银、铜的合金称作黄金。光泽好、耐磨、易加工。做金饰品、钱币、电子元件等。,材料的特性,1、强度,2、硬度,3、延展性,4、抗腐蚀性,5、密度,6、导电性,.,6、导电性,根据材料的导电性能，材料可分为导体、绝缘体及半导体三大类。,材料的导电性,导体：,容易导电的材料是导体,绝缘体：,不容易导电的材料是绝缘体,半导体：,导电能力介于导体和半导体之间。,应用：,应用：,应用：,制成二极管、三极管及集成电路。半导体二极管有单向导电性，半导体三极管可以用来放大电信号,通导电流、传输电能,操作电力工具时保护人身安全橡胶手套,而且防电路短路电线绝缘层等,一、半导体,1.半导体材料的导电性能介于导体与绝缘体之间，具有一些特殊的物理性质。2.半导体材料有硅、锗和砷化镓等。,二、半导体二极管的特性,1、单向导电性2、热敏特性3、光敏特性4、掺杂特性,主要作用是将电流放大，三极管的放大倍数一般在几十到几百倍。,三、半导体三极管的特性,实验探究：发光二极管的独特功能,二极管发光,二极管不发光,发光二极管具有单向导电性,A接正B接负,A接负B接正,二极管发光,二极管变暗,探究：光敏电阻的独特功能,光敏电阻的阻值随光照强度而改变。,其中有一种性能较好的材料叫超导材料,为了制造物美价廉、性能更好的物品，人们正在不断地研究性能更好、更容易制造的材料。,1911年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到在测试温度降低到4.2K时，汞的电阻突然降低到测量不到的微小值。从而发现超导现象。,一、超导材料,探索新材料,超导体,1.超导现象和超导体：,当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小到无法测量的程度，可以认为其电阻率突然变为零，这种现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质称为超导体。,2.转变温度TC：,材料由正常状态转变为超导状态的温度，叫做超导材料的转变温度。,3.超导体的两个基本特性：,零电阻性、抗磁性,超导材料出现以后，人们首先想到的是利用超导体的零电阻性实现远距离大功率输电。,很细的超导丝就可以输送强大的电流,超导材料不仅电阻为零，而且还有其他令人注目的特性。,把一块磁铁放在超导盘上，由于超导盘把磁感应线排斥出去，超导盘跟磁铁之间有排斥力，结果磁铁悬浮在超导盘的上方。这种超导悬浮在工程技术中是可以大大利用的，超导悬浮列车就是一例。让列车悬浮起来，与轨道脱离接触，这样列车在运行时的阻力降低很多。,1.纳米是一个长度单位：,2.1nm小到什么程度？,3.纳米的特性：,二、纳米材料,(10个分子紧密排布的长度，大约是一根头发丝的1%),纳米材料除了其基本单元空间尺度小外，在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能。,1nm=10-9m,4.纳米材料,纳米颗粒材料,碳纳米管,纳米超晶格,纳米“机器人”,PC芯片中的纳米导线,纳米机械零件,药物做成纳米颗粒,将来人们可以用纳米技术一个一个地将原子组装起来制成各种纳米机器,纳米镜面,纳米衣服不用洗、“纳米水”喝出健康从上世纪90年代起，实验室里的尖端科技纳米技术一下子被媒体推到了市民面前，纳米的物理性能与化学性质就会较原来有意想不到的巨变，这些“巨变”正在生物学、材料学、信息技术等各个领域展开，它们将对人类未来的生活产生重大影响。,电阻,超导转变,超导临界,TC,超导磁悬浮,1100nm,.,.,.,电阻为零,电能,超导磁悬浮,.,.,.,.,纳米颗粒材料,录音带、录像带和磁盘等都是采用磁性颗粒作为磁记录介质。随着社会的信息化，要求信息储存量大、信息处理速度高，推动着磁记录密度日益提高，促使磁记录用的磁性颗粒尺寸趋于超微化。,.,.,碳纳米管,碳纳米管具有良好的力学性能，抗拉强度是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，,纳米超晶格,纳米超晶格被认为是纳米材料向宏观器件的有效过渡，在显示、传感、太阳能电池、光纤通信等领域有巨大应用潜力。,想象中的纳米“机器人”,纳米机器