非金属材料的发展.ppt

1、第三節,非金屬材料的發展,學習重點,應用科學的發展 陶瓷、塑膠與人造纖維技術 工業加速發展的因素 資源危機與環保問題,應用科學的發展,十九世紀以後，人類對自然科學的知識有更進一步的認識，並試圖將這些知識應用在生活上面,電學的發展,義大利物理學家伏特（1754-1827）解釋電的性質，並於1800年製造第一顆實用的電池。 人類對電學的知識不斷進步，成為日後新動力的來源，並應用到照明或通信的用途。,電的影響,電動引擎、電燈：影響人的作息 電報、電話：縮短了通信時間，拉近了人的距離 應用電學所產生的科技對世界產生重大影響,化學的發展-肥料,化學肥料的製造，對農業貢獻很大 1900年以後，天然的肥料已

2、不敷人類所需，科學家開使用合成的方法，大量製造肥料 1915年在德國開工生產的氨肥工廠，是化肥的先驅。 影響：價格便宜、效果顯著，化肥得以迅速推廣，使糧食供應大為增加。,化學的發展-染料,早期的染料：多來自植物及礦物。 缺點：產量有限，色澤不夠豐富，不能持久。 十九世紀，科學家在製造奎寧的過程中，發現一種紫色的沈澱物（苯紫胺），可以作為染料。,二十世紀染料的發展,二十世紀初，應用化學技術製成的染料進入紡織工業。 最初的染料顏色相當有限，但英、美、德國的大企業致力於新染料的開發，色彩逐漸繁複。 合成纖維問世之後，上色技術與天然纖維不盡相同，於是開發新的染料，使人類的生活更為豐富。,醫藥方面的發展

3、,十九世紀後期以前，人類所使用的大部分藥品來自天然植物。 缺點：因地理條件及人為因素，藥品供應有限，有效成分亦無法控制，影響醫療效果。,新的醫藥技術,原因：化學知識進步後，人類穩定天然植物的藥效。 例如：利用柳樹枝的皮所含的水楊酸成分製成阿斯匹靈。另一方面，用合成的方法開發出新的藥物，如：三年代製成的磺胺藥物，可以對抗細菌感染。 影響：醫藥進步後，很多棘手的疾病遂被克服。,陶瓷技術的發展,陶瓦器：用高溫燒製泥土，出現瓦器、陶器。 缺點：由於氣孔多，無法長期保存液體。 瓷器：主要成分是高嶺土、石英及常石。在攝氏1200度高溫時，長石融化，不會透水，質地比較平滑、光亮。,瓷器的傳播,十三世紀，中亞

4、商旅將中國瓷器傳到歐洲，西方人才開始認識瓷器 1500年前後，義大利半島上米蘭等城市開始仿製，初期產量有限。 十八世紀後，開始大量生產。,陶瓷二十世紀的發展,因為化學知識發達，開始利用燒製陶瓷的概念，將瓷土中加入化學原料如碳酸鋇、矽、氮、氧化鋁等，以產生不同的物理或化學特性，稱之為精密陶瓷，應用範圍非常廣泛。,精密陶瓷,其性質隨著添加物的不同而異，有絕緣的、導電的、堅硬的。分成三類：電子陶瓷、結構陶瓷及生醫陶瓷,電子陶瓷,在燒製過程中，加入不同成分，可成為導電、不導電體、超導體、半導體。 可以製成：火星塞、電路機板、感測器、錄影機磁頭、洗淨器、掃描器。 電器製品上可看到：積體電路、光纖、雷射。

5、,結構陶瓷,特點：耐熱、隔熱、耐磨、抗輻射 用途：用於需要耐高溫的太空設備或汽車引擎。 在核子反應爐中，也是重要的結構材料,生醫陶瓷,利用陶瓷的特性：容易塑造成形、無毒、不會產生化學反應，可以與人體組織結合。 用途：製成螺絲釘，連接骨頭，也可製成人工關節、義齒，甚至可用來修復頭蓋骨、頸椎。 隨著醫學的進步，其用途不斷增加。,精密陶瓷的展望,因材料取得較易，製作過程中消耗的能量較少，是未來工業發展的重心之一。,塑膠工業,近五十年來最重要的發明之一，對人類生活影響甚大,塑膠的發展,塑膠的出現：早在1870年代，德國的科學家已經將苯酚及甲醛混合在一起，製成一種黑色泥狀物質。 二十世紀初，美國與英國兩

6、地的科學家分別研究這這苯酚塑料。 塑膠的特性：絕緣、可塑，可應用在電燈開關、燈座塑膠工業,塑膠的應用,1920年代以後，無色的尿素甲醛及甲醛樹脂相繼問世，可以添加各種顏色，成為家庭用品的重要原料，小至梳紫、肥皂盒，大到桌麵、椅墊都可以應用。 1970年代，隨著石油化學工業的進步，塑膠有更進一步的發展。 例如：聚乙烯、聚氯乙烯及聚苯乙烯，可以製成絕緣、防震、吸音等材料，也可製成塗料（乳膠漆）、塑膠袋、鞋類。,天然纖維,古人衣著的來源是皮毛及植物的纖維兩河流域及埃及在西元前3000年左右已有亞麻栽培、中國以大麻為主。 將麻類的莖經過浸泡後，可以分離出纖維，成為衣物的主要來源。 棉花原產於印度，後來

7、分別傳入中國及埃及，由於纖維柔軟，迅速獲得推廣。 蠶絲發源於中國，後傳到日本及歐洲，但數量有限，價格昂貴。,工業革命對穿著的影響,工業革命首先從紡織業開始，先是毛紡織業，後來轉變成棉紡織業。 大量生產，使價格降低。 到二十世紀後，人造纖維問世，大大改變人類的穿著。,人造纖維的發展,1930年代，美國的科學家製造出尼龍，可以已故太的形式出現，也可以拉成纖維，製造尼龍襪等。 1940年代，發展出人造聚酯纖維，其中又以丙烯酸係纖維為主。,成為現代衣物的重要原料,人造纖維最初因為染色的工序與棉、毛紡織不同，引起疑慮，不願投資。後來，化學工業先以混紡方式，拓展人造纖維的市場。 特色：有易乾、不遭虫咬及不

8、皺等特性，逐漸受到重視，成為今日衣服的重要材料。 大量使用，但不易分解、不溶於水，有環保的問題。,玻璃的出現,西元前3000年前，埃及以出現以裝飾為主的玻璃製品。 西元前1500年，做為容器的玻璃也已經出現。 缺點：保存不易、價格昂貴，只是上層社會專屬。,玻璃走進生活之中,1680年代，法人發展出新的技術，才走近一般人的生活之中。 十九世紀以後，玻璃製作技術有突破性發展，如：強化玻璃可以製作建築材料、桌面、隔間；耐熱玻璃可以製作鍋、爐具等。,玻璃的應用,1880年代，英格蘭地區已經利用玻璃來製作玻璃纖維。 雷射出現後，玻璃可以成為光波的良好媒介，但由於其中雜質過多，所以科學家開始找耗損較少的玻

9、璃。 1960年代，科學家開發折射佳、易融化，便於製造的合成玻璃。 1970年代，熔解矽石添加一些化合物後可以成為玻璃纖維的良好材質。從此以後，光纖科技成為數位通信的重要媒介。,矽晶,是玻璃工業的另一項重要發展 1930年末代，科學家已經發現矽的導電現象，發展出天然半導體。 1940年代末期，電晶體開始問世，引起了大眾傳播的革命。,工業發展加速,傳統工業：機器製造、紡織業 1890年代：電器及製藥工業成為重要領域 國家工業是否發達的重要因素：技術、生產策略、資本 專利法規：鼓勵私人或企業投入更多經費及人力從事研究及發展，並保護其研究的結果。,驚人的工業發展速度,時間：二十世紀中期以後 原因：1.生產線組裝成為主流。2.知識交換迅速。3.政府的獎勵與補助。 影響：單位成本降低、使許多工業產品售價降低，許多人都可以享受現代文明的成果。,資源危機與循環利用,決定文明的重要因素：糧食、能源、天然資源 現代科學努力的兩個重要方向：原子能、太陽能,金屬短缺情形尚未發生的原因,1.開採技術進步 2.尋求替代品 3.推動資源回收，提高循環利用,環境保護問題,油輪觸礁造成原油外洩，影響某個地方的生態問題 工業廢水、廢棄或廢料造成環境污染 1986年俄羅斯車諾比核能電廠發生意外，大量輻射外洩