第十一单元跨学科实践活动10调查我国航天科技领域中新型材料新型能源的应用课件-九年级化学人教版下册

跨学科实践活动10调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用碳纤维复合材料■核心优势：●高强度与低密度并存，比强度远超金属材料●耐腐蚀、抗疲劳，适应太空极端环境■工程应用：➤在嫦娥五号中用于着陆器本体结构→显著减轻重量➤提升燃料利用效率与着陆精度，保障任务成功纳米复合材料结构结构特征★多层屏蔽设计：由纳米颗粒构成的梯度功能材料，逐层吸收与反射能量★均匀分散分布：纳米粒子在基体中高度弥散，形成致密防护网络★界面效应增强：大比表面积提升材料对电磁波和粒子的响应能力功能机制●温度调节：通过调控纳米涂层发射率，实现卫星表面高效散热或保温●宇宙射线防护：纳米结构有效散射高能粒子，降低内部器件辐射损伤风险●综合效益：一材多用，减轻载荷，提高系统可靠性生物可降解材料作用研究优势★消除浮力对流：在地面，密度差引发对流→干扰原子有序排列微重力下对流几乎消失，利于获得均匀组织结构●抑制沉淀分层：重力导致重元素下沉➤材料成分不均微重力环境可有效避免组分偏析■降低容器污染：高温熔体不接触器壁→减少杂质引入凝固差异对比地面凝固现象●明显分层结构：密度差异导致元素沉降，形成枝晶偏析●气孔与缩孔多：重力作用下气体难以逸出，缺陷集中●组织不均匀：冷却速率受位置影响大，性能波动明显太空凝固结果●均匀致密结构：微重力抑制沉降→晶体分布更均匀●缺陷显著减少：气泡自由上浮合并，孔隙率大幅降低●可控凝固路径：实现深过冷凝固，获得亚稳相新材料活动设计与实施任务一了解我国宇航产品的基本情况我国宇航产品的种类有哪些？其主要用途有哪些呢？活动设计与实施任务一了解我国宇航产品的基本情况我国宇航产品的种类有哪些？其主要用途有哪些呢？活动设计与实施任务二了解宇航产品的材料选择基本情况1.查阅资料，结合金属材料、高分子材料等知识，了解并分析宇航产品的主体结构、外部涂层、功能部件等所使用的材料及其特点。2.根据调查的材料信息完善示意图。练习：学案第2题活动设计与实施任务三了解宇航产品的能源选择1.火箭的能源。查阅资料，结合燃烧、能量等知识，了解并分析火箭的推进剂，说明不同推进剂的特点。练习：学案第3题活动设计与实施任务四设想航天科技领域中未来的新型材料和能源一.新型材料1.碳纳米管材料:碳纳米管具有极高的强度、刚度和导热性，重量却极轻。未来可用于制造航天器的结构部件，如机身、机翼等。2.金属泡沫材料:金属泡沫是一种具有多孔结构的金属材料，兼具金属和泡沫的特性，有良好的吸能、减震、隔音效果，还具有较高的比强度和比刚度。3.智能材料:如形状记忆合金、压电材料等，能够感知环境变化并做出相应的响应。二.新型能源1.巨大的能量，其能量释放效率远高于目前已知的任何能源。若能解决反物质的产生、储存和控制等技术难题，反物质能源将为航天器提供超强的动力，使星际旅行等超远距离的航天任务成为可能。2.量子能源:利用量子领域的特殊现象，如量子隧穿、量子纠缠等开发新型能源技术。例如，通过量子隧穿效应实现能量的高效传输和转换，或利用量子纠缠实现能源的远程传输，为航天器在太空中获取和利用能源提供全新的方式。3.暗物质能源:暗物质占宇宙物质的大部分，但目前对其性质和作用机制了解甚少。若能深入研究暗物质，找到利用暗物质释放能量的方法，将为航天领域带来取之不尽、用之不竭的能源，彻底改变航天能源的格局.经典例题例1.下列金属材料中，常用于航天领域的是（

）A.纯铁

B.铝合金

C.青铜

D.铅锡合金

B【解析】A选项纯铁的密度较大，不符合航天领域对材料质量轻的要求，而且纯铁易生锈，耐腐蚀性能相对较差，所以纯铁不常用于航天领域，A错误。B选项铝合金具有密度小、质量轻的特点，能有效减轻航天器的重量;同时铝合金强度较高，能满足航天领域对材料强度的要求，并且其耐腐蚀性能也较好，适合在复杂的太空环境中使用，所以铝合金常用于航天领域，B正确。C选项青铜是铜锡合金，其密度较大，质量相对较重，不利于航天器的轻量化设计，且在一些性能方面不如铝合金适合航天领域，所以青铜不常用于航天领域，C错误。D选项铅锡合金密度较大，同样不符合航天领域对材料质量轻的需求，所以铅锡合金不常用于航天领域，D错误。例2.硼纤维有较好的耐热性，不与氯气和水反应，可与某些金属制成新型材料，在1200℃时氯化硼(BCl3)蒸气与干燥纯净的氢气反应可制得硼和氯化氢。下列说法不正确的是（

）A.该反应中只有两种物质为气态

B.氯化硼可能会与水反应C.含硼纤维的材料有耐热性

D.该反应需要在隔绝空气的条件下进行A例3.北京时间2024年10月30日4时27分，神舟十九号载人飞船乘夜色飞向浩瀚太空，发射取得圆满成功。神舟十九号航天员乘组顺利入驻“天宫”与神舟十八号航天员乘组会师。液氢、液氧可用作神舟飞船运载火箭的推进剂，下列说法不正确的是(

)A.火箭升空是化学能转化为内能并最终转化为机械能的结果B.用液氧来做推进剂是利用了液态氧的可燃性C.液氢是高能清洁燃料，其本身无毒，燃烧产物是水，热值很大D.运载火箭的铝合金外壳具有密度小、耐腐蚀、强度高的特性B例4.科技是第一生产力，近年来我国在科技领域取得了一系列辉煌成就。（1）“福建号”航母在建造过程中大量使用特种钢。该特种钢的耐腐蚀性能比纯铁的______（填“好”或“差”）。（2）“天舟号”货运飞船换装了以LiFePO4作正极材料的新型锂电池。已知LiFePO4中Li为+1价，PO43－为－3价，则其中Fe的化合价为________。（3）“嫦娥号”月球登陆器表面覆盖了由聚酰亚胺和铝箔构成的多层保温材料。①聚酰亚胺属于有机合成材料。聚酰亚胺中一定含有的元素是_____（填元素符号）C、H、O、N等。②铝块可以制成铝箔是利用了铝的_____（填“导电”或“延展”）性。（4）“长征五号”大推力运载火箭助力我国天宫空间站建设。该火箭助推器使用煤油（含C11H24、C12H26、C13H28等分子）作燃料，液氧作助燃剂。①煤油属于_____________（填“纯净物”或“混合物”）。②煤油在氧气中充分燃烧，产物的化学式为____________。好+2

C延展混合物CO2、H2O自主突破■第二代复合材料：①突破大尺寸构件成型工艺→实现重型火箭轻量化②新型树脂基体系提升刚度与可靠性■智能材料应用：①形状记忆聚合物用于太阳能翼展开机构②镁合金电控箱验证抗辐射稳定性月壤就地利用经济价值■运输成本锐减：●从10万美元/公斤降至1万以下●利用率超85%➤打破地球依赖症■免添加剂烧结：①聚光太阳能达1300℃②抗压强度超高强混凝土3倍生态构建■榫卯式月壤砖：①3米厚墙屏蔽80%辐射②可模块化快速拼装■原位纤维增强：①真实月壤制备玄武岩纤维②提升建材抗月震与陨石冲击能力12绿色未来生物