第二节化学与材料研制

1、第二节第二节 化学与材料研制化学与材料研制 茅草茅草 屋屋高高 楼楼 大大 厦厦奥运鸟巣奥运鸟巣 天然材料 天然材料 木材木材 石块石块 天然橡胶天然橡胶 沙子沙子 人造材料人造材料 玻璃玻璃 塑料塑料 水泥水泥 人造纤维人造纤维 材料是人类赖以生存和发展的物材料是人类赖以生存和发展的物 质基础，是人类进步的重要里程质基础，是人类进步的重要里程 碑碑 例如历史上的石器时代、青例如历史上的石器时代、青 铜器时代、铁器时代都是以铜器时代、铁器时代都是以 材料为时代主要标志的。没材料为时代主要标志的。没 有材料，就没有今天丰富多有材料，就没有今天丰富多 彩的生活。彩的生活。 材料按属性可分为：无机材

2、料按属性可分为：无机 非金属材料、金属材料、非金属材料、金属材料、 有机高分子材料和复合材有机高分子材料和复合材 料。料。 一、金属材料一、金属材料 1、包括纯金属和合金、包括纯金属和合金 2、金属材料使用的历史、金属材料使用的历史 3、几种新型合金、几种新型合金 钛合金钛合金 储氢合金储氢合金 “形状记忆形状记忆”合金合金 青铜器时代：青铜青铜器时代：青铜 铁器时代：生铁和铁器时代：生铁和 钢钢 近现代近现代: 铝铝 青铜（主要为青铜（主要为CuCu、SnSn合金）合金） 青铜器（战国）错金犀牛尊青铜器（战国）错金犀牛尊青铜器（战国）司母戊方鼎青铜器（战国）司母戊方鼎 钛合金钛合金 钛合金优

3、点： 高强度 高韧性 耐腐蚀 质地轻 储氢合金储氢合金 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 形状记忆合金的发现 2020世纪世纪6060年代初，美国马里兰州海军年代初，美国马里兰州海军 军械研究所的科学家比勒，用镍钛合金丝军械研究所的科学家比勒，用镍钛合金丝 做试验。这些合金丝弯弯曲曲，为了使用做试验。这些合金丝弯弯曲曲，为了使用 方便，他把这些合金丝弄直了。但是，当方便，他把这些合金丝弄直了。但是，当 他无意中把合金丝靠近火的时候，奇迹发他无意中把合金丝靠近火的时候，奇迹发 生了：已经弄直的合金丝居然完全恢复了生了：

4、已经弄直的合金丝居然完全恢复了 它们原来弯弯曲曲的形状。它们原来弯弯曲曲的形状。 形状记忆合金的特点 形状记忆合金材料是一形状记忆合金材料是一 种新型的功能材料，其种新型的功能材料，其 特点是在一定的外力作特点是在一定的外力作 用下可以改变其形态用下可以改变其形态 (形状和体积形状和体积)，但当温，但当温 度升高到某一定值时，度升高到某一定值时， 它又可完全恢复原来的它又可完全恢复原来的 形态。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 金属纤维振动翅膀 形状记忆合金的用途 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在室温下用形状记忆合金制 成抛物

5、面天线，然后把它揉成抛物面天线，然后把它揉 成直径成直径5厘米以下的小团，放厘米以下的小团，放 入阿波罗入阿波罗11号的舱内，在月号的舱内，在月 面上经太阳光的照射加热使面上经太阳光的照射加热使 它恢复到原来的抛物面形状。它恢复到原来的抛物面形状。 这样就能用空间有限的火箭这样就能用空间有限的火箭 舱运送体积庞大的天线了。舱运送体积庞大的天线了。 二、无机非金属材料二、无机非金属材料 水泥：水泥：使用量最大的建筑材料使用量最大的建筑材料 玻璃：玻璃： 1 1、无机非金属材料无机非金属材料 大理石大理石 陶瓷陶瓷 高温结构的陶高温结构的陶 瓷瓷 新型无机非金属材料新型无机非金属材料 光导纤维光导

6、纤维 古代的陶瓷古代的陶瓷 陶器陶器 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 古代的陶瓷古代的陶瓷 瓷器瓷器 清光绪 青花云纹瓶 唐 骆驼载乐俑 北宋 白釉刻花梅瓶 某些新型陶瓷能承受高温、强度高某些新型陶瓷能承受高温、强度高 氮化硅(Si3N4)陶瓷在1200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。 某些新型陶瓷具有生物特性某些新型陶瓷具有生物特性 据新华社墨西哥城据新华社墨西哥城20042004年年1 1月月2020 日电墨西哥科学院日前发表的一份日电墨西哥科学院日前发表的一份 材料说，该国科研人员

7、经过材料说，该国科研人员经过1010年的年的 努力，成功开发出一种可供移植的努力，成功开发出一种可供移植的 新型陶瓷骨。新型陶瓷骨。 研究者强调说，这种陶瓷骨具研究者强调说，这种陶瓷骨具 有组织相容性和生物稳定性好等特有组织相容性和生物稳定性好等特 点。它不会导致排异反应，有利于点。它不会导致排异反应，有利于 诱导骨质的生长。这种人工骨富含诱导骨质的生长。这种人工骨富含 钙、锌，有利于手术后伤口皮肤更钙、锌，有利于手术后伤口皮肤更 快愈合快愈合 某些新型陶瓷具有压电效应：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

8、，将机械能转变成电能。产生一个电火花，将机械能转变成电能。 医用医用B B超发生器的心脏也是一块压电陶瓷，它实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。械振动，产生超声波。 石英砂石英砂SiO2 纯碱纯碱Na2CO3 石灰石石灰石CaCO3 CaSiO3 Na2SiO3 高温高温 原料：原料：石英砂、纯碱、石灰石石英砂、纯碱、石灰石 CaCO3+ SiO2=CaSiO3 +CO2 高温高温 Na2CO3+SiO2= Na2SiO3 + CO2 高温高温 钢化玻璃钢化玻璃 防弹玻璃防弹玻璃 有色玻璃有色

9、玻璃 玻璃纤维玻璃纤维 普通玻璃普通玻璃 高温骤冷高温骤冷 胶片叠合胶片叠合 加入不同的物质加入不同的物质 抽成丝抽成丝 新型无机非金属材料新型无机非金属材料光导纤维光导纤维 SiO2 + 2C = Si + 2CO Si + 2Cl2 = SiCl4 SiCl4 + 2H2 = 4HCl + Si 粗硅粗硅 高纯硅高纯硅 有关化学反应原理：有关化学反应原理： 聚合聚合 聚乙烯分子聚乙烯分子 CH2 CH2 n 乙烯分子乙烯分子 (CH2=CH2) 化学变化学变 化化 耐腐蚀耐腐蚀、摩擦系数小、摩擦系数小 聚四氟乙烯聚四氟乙烯CF2CF2 n （塑料王塑料王 特氟隆）特氟隆） 人们给聚四氟乙烯

10、冠以人们给聚四氟乙烯冠以“塑料王塑料王”的美称。的美称。 家庭主妇的福音家庭主妇的福音 一种特别的菜锅一种特别的菜锅不粘锅。不粘锅。 易清洁的脱排油烟机，人们仅易清洁的脱排油烟机，人们仅 仅是在锅的内表面和脱排油烟仅是在锅的内表面和脱排油烟 机的外表面多涂了一层氟树脂。机的外表面多涂了一层氟树脂。 利用氟树脂优异的热性能、化利用氟树脂优异的热性能、化 学性能、易清洁性能和无毒性学性能、易清洁性能和无毒性 能，它还有最好的耐化学腐蚀能，它还有最好的耐化学腐蚀 和耐老化的性能。和耐老化的性能。 聚四氟乙烯聚四氟乙烯 作内衬的不粘锅作内衬的不粘锅 聚乙烯（聚乙烯（PEPE） 无毒，化学稳定性好，适合

11、做食品和药物的包装材料无毒，化学稳定性好，适合做食品和药物的包装材料 保鲜膜保鲜膜 区分有毒塑料和无毒塑料区分有毒塑料和无毒塑料 利用燃烧的方法可以把有毒利用燃烧的方法可以把有毒 的的聚氯乙烯聚氯乙烯和无毒的和无毒的聚乙烯塑料聚乙烯塑料区区 分分开。分分开。聚氯乙烯燃烧是火焰不明聚氯乙烯燃烧是火焰不明 亮，冒出大量的黑烟，产生难闻的亮，冒出大量的黑烟，产生难闻的 气味；聚乙烯燃烧的时候火焰明亮，气味；聚乙烯燃烧的时候火焰明亮， 不冒烟，气味较小（或者基本无味）不冒烟，气味较小（或者基本无味） 白色污染：白色污染： 这是由什么材料制成的？这是由什么材料制成的？ 玻玻 璃璃 钢钢 四、复合材料四、

12、复合材料 两种或两种以上不同性质的材料按一两种或两种以上不同性质的材料按一 定方式复合在一起形成的新材料，称为定方式复合在一起形成的新材料，称为复复 合材料合材料 钢筋混凝土钢筋混凝土 复合材料复合材料 玻璃钢玻璃钢 搪瓷反应釜搪瓷反应釜 轮胎轮胎 玻璃钢。既不是玻璃，也不是钢，而是在塑料玻璃钢。既不是玻璃，也不是钢，而是在塑料 中加入玻璃纤维制成的，是一种复合材料中加入玻璃纤维制成的，是一种复合材料，质，质 轻而坚硬，像玻璃般透明或半透明，机械强度轻而坚硬，像玻璃般透明或半透明，机械强度 可与钢材相比，因此得名。可与钢材相比，因此得名。 钢筋混凝土就是钢筋和混凝土的复合材料。钢筋混凝土就是钢筋和混凝土的复合材料。 机动车的轮胎是合金钢和橡胶的复合材料。机动车的轮胎是合金钢和橡胶的复合材料