九年级物理全册20-3材料的开发和利用课件（新版）沪科版 43页

第三节 材料的开发和利用 冰箱、彩电、 洗衣机 ß 景泰蓝 材料在人类发展的历史进程中有着极其重要的作用。 原始人利用石材 制造的工具。 铸钟。我国是世界上掌握青 铜冶炼技术的国家之一。 马踏飞燕。我国东汉 时期的艺术珍品。 我国出土的铁制工具。 二、材料的导电性 实物图 材料 灯的 亮暗 结论 塑 料 铜 铁 竹条 铅笔 芯 （石 墨） 亮 不亮 不亮 亮 亮 根据材料的导电性能：材料可分为 1，导体： 容易导电的材料 2，绝缘体：不容易导电的材料 3，半导体：导电性能介于导体与绝缘体之间 的材料 实物图 操作 现 象 结论 发 光 二 极 管 A接正 B接负 A接负 B接正 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 实物图 操作 现 象 结论 光 敏 电 阻 1，光 敏电 阻接 入电 路 2，再 用手 指捏 住光 敏电 阻 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。 实物图 操作 现象 结论 热 敏 电 阻 1， 热敏 电阻 接入 电路 2， 再用 烛焰 加热 灯 不 亮 灯 亮 热敏 电阻 的阻 值随 温度 改变 而改 变。 探究：热敏电阻的独特功能 太阳能电池原理 　　当光照到某些半导体时，半导体内将会产 生电流．太阳能电池就根据这个原理制成的． 最新的微处理器 奔腾双核酷睿处理器 机器人 无人探测器 　　内部有大量半导 体元件构成的电路 三、开发新材料 1.超导材料 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，翁尼斯在研究汞电阻随温 度的变化时，观察到在测试降低到 4.2K时，汞的电阻突然降低到测量 不到的微小值。从而发现超导电性。 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。 超导材料不仅电阻为零， 而且还有其它令人注目 的特性。 　　超导磁悬浮现象使人们想到可以利用超导 体来实现交通工具的无摩擦运行，大大提高交 通工具的安全性能和运行速度。 2.纳米材料 (1)纳米是一个长度单位：1nm=10-9m (2)1nm小到什么程度？(10个分子紧密排布 的尺度，大约是一根头发丝的1%) (3)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。 (4)纳米材料 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 ß 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，它神秘又令人憧憬： 纳米究竟是种什么“米”？怎么“种”出来的？ 对我们的生活将产生怎样的影响？武汉“种植纳 米”的水平如何？带着这些问题，本报记者探访 了武汉的一些高校和科研机构，请科学家来揭开 “纳米”的面纱。 ß 纳米是种什么“米”？ ß 近日，中国地质大学（武汉）材料科学与化学工 程学院的纳米研究课题组再次接到了深圳某美容 机构传真的“纳米硫”订单。去年，地大在世界 上首次研制出“纳米硫磺”，在面膜、膏霜等化 妆品中应用纳米硫材料，对治疗脂溢性皮炎、螨 虫、青春痘等有奇效。 ß “纳米”译自英文“nanometer”，它并不是什么特殊的物 质，而是一种度量单位。1纳米等于十亿分之一米，相当 于针尖大小的百万分之一，约相当于45个原子串起来那么 长。纳米技术就是指在纳米尺寸范围内，通过直接操纵单 个原子、分子来组装和创造具有特定功能的新物质。当物 质颗粒小到100纳米以下，这种物质就可被称为纳米材料。 其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，它们对人类未来的生活产生重大影响。 ß 纳米带来美好生活 ß 最近，新加坡科学家在利用纳米技术治疗裂骨方面取得突 破。实验中，专家在大鼠脚骨上制造了大约3毫米的裂缝， 然后把以纳米材料制成的骨头构架植入裂缝中，结果5个 月后成功让骨头完全愈合。这是纳米技术在医学领域的又 一次成功应用，但“纳米”究竟会给我们带来怎样的新生 活呢？ ß 从第一次工业革命到现在，真正称得上主导技术的只有4 次，而“纳米”技术将成为第五次推动社会经济各领域快 速发展的主导技术。更重要的是，传统的技术进步往往会 耗费巨大的自然资源，而“纳米技术”则将在知识经济中 成为最大的节省再生资源和能源的标志。 ß 专家预言，借助纳米技术，未来我们有可能用基因芯片、 蛋白质芯片组装成“纳米机器人”，通过血管送入人体去 侦察疾病；携带DNA去更换或修复有缺陷的基因片段。有 可能用纳米药物来阻断血管饿死癌细胞。使用纳米诊断仪 只需检测微量血液就可从蛋白质和DNA上诊断出各种疾病。 利用碳纳米管，我们可以搭建强度比钢高一百倍，但重量 只有钢的六分之一的新型建筑，摩天大楼将修得更高。而 用碳纳米材料替代硅芯片，将引发电脑行业的革命…… ß 未来会出现很多自然界并不存在的强度高、对环境友好、 节省能源和资源的新型材料，这一影响不会低于现在的计 算机、微米技术给人类带来的影响。 ß 纳米虽是一个尺度单位，但却成为近年来最时髦的商业 “亮点”———“纳米家电”、“纳米水”、“纳米服装” 等概念盛行一时。它们都是真纳米吗？目前市场上的纳米 产品，往往给人们带来一些误解。比如纳米冰箱，通常是 添加了氧化钛的纳米无机物，具备了一定的抗菌性能；所 谓纳米洗衣机，也只能说是添加了纳米材料的洗衣机，而 且纳米材料还只是应用在滚筒洗衣机外桶的内壁上，对于 最容易产生污垢的内桶的外壁还没有很好的解决办法。 ß 在目前我国相关行业、产品技术标准还是空缺的情况下， 这些产品能否被称之为“纳米产品”还是一个问题，而炒 作相关的纳米概念显然不是科学和负责任的态度。 ß 从世界范围看，纳米研究正在向应用和产业化努力，这也 从侧面说明“纳米技术”离大规模的应用还有一个过程。 比如美国前总统克林顿曾提出的用一个方糖大小的存储器 可存下国家图书馆的资料，这就是“纳米晶体管”技术， 但其目前还仅是实验室产品，不能用于大规模生产，原因 在于改造的成本过于昂贵、产品的可靠性和耐久性难以验 证，“纳米科技展示的前景非常美好，但要想使纳米材料 真正大批量应用在现实生活中，还需要科学家和政府的不 断努力。” ß 纳米，有时也会带来伤害 ß 不少专家对纳米概念的炒作表示出担心。纳米技术可能出 现负效果，纳米材料是非常小的微粒，如果应用不得当， 比如在一些药物中任意应用，也可能突破人体内的一些屏 障，对人类的健康造成伤害。 ß 课题组曾在一项中药研究项目中提出纳米的方向，但有专 家表示疑虑：这种药材需要做到那么细吗？具体微小到什 么程度能有最好疗效？……这些都值得商榷。全面看待纳 米技术带来的技术进步和可能出现的弊端，表明人们对纳 米技术的认识更加理性、成熟。 ß 皮教授的观点与近日英国科学家针对纳米危害提出的一份 报告的观点相近。该报告呼吁重视这种微粒给人类生活带 来的影响，建议规范和检验纳米产品，把纳米产品对人体 健康和环境的潜在危害降到最低限度。 ß 目前的问题是，人们不清楚人造纳米微粒 及纳米管被人体吸入、通过皮肤吸收及在 环境中蓄积，会给人体健康和环境带来什 么危害。他强调，目前国内对纳米产品的 监控还是一片空白，对于涉及到普通市民 安全的纳米产品，人们对应当怎样防护考 虑得还不够。纳米技术是美好的，但我们 应该把未来的不确定性和风险性降到最低， 在这样的情况下逐步发挥纳米技术的应用 潜力，为人类造福。 ß 纳米科技·历程 ß ·1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查 德·费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机 器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子， 制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。 ß ·20世纪70年代，科学家开始从不同角度提出有关 纳米科技的构想，1974年，科学家唐尼古奇最早 使用纳米技术一词描述精密机械加工。 ß ·1982年，科学家发明研究纳米的重要工具———扫 描隧道显微镜，揭示了一个可见的原子、分子世 界，对纳米科技发展产生了积极的促进作用。 ß ·1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢 的六分之一，强度却是钢的100倍，成为纳米技术研究的 热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，碳纳米管将是 未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超 微开关以及纳米级电子线路等。 ß ·1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下 斯坦福大学英文名字、1990年美国国际商用机器公司在 镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，中国科学院北京 真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国”二字， 标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。 ß ·1999年，巴西和美国科学家在进行碳纳米管实验时发明 了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体， 即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出 能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合 创造的纪录。 ß ·到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年纳米产品的营 业额达到500亿美元。近年来，一些国家纷纷制定相关战 略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。 ß 在"超级纤维"领域实力不弱的我国科学家近年来也开展了 相关研究，并于今年7月取得突 破。西安交通大学朱长纯 教授率领的小组采用新的技术途径，引导碳纳米管有序、 定向生长 在导电的硅片衬底上，并进而研制出功能完备 的场发射像素管，因纯度高，有序性好，场发 射性能也 大大提高，在碳纳米管平板显示器的实用化进程中做出了 中国人的独特贡献。 　　和传统显示器比，这种显示器不仅体积小，重量轻， 大大省电，显示质量好，而且响应时间 仅为几微秒，从 零下45度到零上85度都能正常工作，因此拥有极广阔的 潜在市场前景。 　　碳纳米管可制成极好的微细探针和导线、性能颇佳的 加强材料、理想的储氢材料。它使壁挂 电视进一步成为 可能，并在将来可能替代硅芯片的纳米芯片中扮演极重要 的角色，从而引发计算机行业革命。 ß 人们一直希望自己的衣料能像荷花般出污泥而不 染，现在这种梦想已由中国科学家实现。昨天， 中科院化学所专家宣布研制成功一种不粘油污、 不粘水的新型纳米材料--超双疏性界面材料。使用 这种材料的纺织品和建材，不用洗涤，也不沾染 油污。这标志着中国在纳米材料研制方面的又一 新突破。纳米是一种长度单位，一纳米等于十亿 分之一米，大约相当于几十个原子的长度。科学 家发现，当材料组成的精度达到纳米级时，物质 就能表现出一些新特性，从而为新材料的产生创 造条件。最具有说明性的例子就是，改变碳原子 的排列结构，能把廉价的石墨变成价值连城的钻 石。因此，纳米技术是当今各国科技界竞争的焦 点。 练习一 电阻 超导转变 超导临界 TC 超导磁悬浮 1～100nm 电阻为零 电能 超导磁悬浮 练习二 1、关于超导材料的下列说法中错误的是（　　 ） A、超导材料是一种电阻为零的材料 B、用很细的超导丝可以输送强大的电流 C、超导材料电阻只能接近零，不可能等于零 D、用超导材料输电时，输送电路中无损耗 2、下列关于纳米的叙述错误的是　　　（　　　） Ａ、纳米是一个长度单位，符号是nm B、人们在纳米尺度内发现了很多的新现象，给技术上带 来很多新发展 C、纳米技术是现代化科学的前沿，我国在这方面的研究具有世界 先进水平 D、所有的高分子科技产品都与纳米技术有关 C D 再见