新型無機(jī)非金屬材料

1、第三節(jié)第三節(jié) 新型無機(jī)非金屬材料新型無機(jī)非金屬材料一、什么是無機(jī)非金屬材料一、什么是無機(jī)非金屬材料1 1、材料、材料 材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類進(jìn)步的里程碑。歷史上的石器時(shí)代、青銅器人類進(jìn)步的里程碑。歷史上的石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代都是以材料作為時(shí)代主要標(biāo)志的。時(shí)代、鐵器時(shí)代都是以材料作為時(shí)代主要標(biāo)志的。 石器、陶瓷、鐵、銅、玻璃、水泥、有機(jī)高石器、陶瓷、鐵、銅、玻璃、水泥、有機(jī)高分子（如塑料等）、單晶材料，每一種新型材料分子（如塑料等）、單晶材料，每一種新型材料的研制成功，都引起人類文化和生活的新變化。的研制成功，都引起人類文化和生

2、活的新變化。沒有半導(dǎo)體材料，便不可能有目前的計(jì)算機(jī)技術(shù)；沒有半導(dǎo)體材料，便不可能有目前的計(jì)算機(jī)技術(shù)；沒有耐高溫、高強(qiáng)度的特殊結(jié)構(gòu)材料，便沒有今沒有耐高溫、高強(qiáng)度的特殊結(jié)構(gòu)材料，便沒有今天的宇航工業(yè)；沒有低損耗的光導(dǎo)纖維，也就沒天的宇航工業(yè)；沒有低損耗的光導(dǎo)纖維，也就沒有現(xiàn)代的光通訊；沒有有機(jī)高分子材料，人們的有現(xiàn)代的光通訊；沒有有機(jī)高分子材料，人們的生活也不可能像今天這樣豐富多彩。生活也不可能像今天這樣豐富多彩。(1)(1)按化學(xué)組成和特性分按化學(xué)組成和特性分無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料 傳統(tǒng)傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料 新型新型無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料 金屬材料金屬材料高分子材料：塑

3、料、合成橡膠、合成纖維高分子材料：塑料、合成橡膠、合成纖維2 2、材料的幾種分類方法、材料的幾種分類方法(2)(2)按用途分按用途分結(jié)構(gòu)材料：結(jié)構(gòu)材料：利用材料的力學(xué)和理、化性質(zhì)，利用材料的力學(xué)和理、化性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建設(shè)、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)工業(yè)部門設(shè)、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)工業(yè)部門功能材料：功能材料：利用材料的熱、光、電、磁等性利用材料的熱、光、電、磁等性能用于電子、激光、通訊、能源能用于電子、激光、通訊、能源和生物工程等許多高新技術(shù)領(lǐng)域。和生物工程等許多高新技術(shù)領(lǐng)域。3 3、生活中的無機(jī)非金屬材料、生活中的無機(jī)非金屬材料玻璃、水泥、陶瓷玻璃、水泥、陶瓷金剛石鉆頭

4、金剛石鉆頭手表上的手表上的“1919鉆鉆”( (人造紅寶石軸承的數(shù)目人造紅寶石軸承的數(shù)目) )玻璃刀（金剛砂）玻璃刀（金剛砂）石英鐘表石英鐘表煤氣爐中的電子打火煤氣爐中的電子打火彩電（熒光材料）彩電（熒光材料）海底電纜（光導(dǎo)纖維）海底電纜（光導(dǎo)纖維）電腦的電腦的CPUCPU（單晶硅）（單晶硅）隱形飛機(jī)（特殊光學(xué)材料）隱形飛機(jī)（特殊光學(xué)材料）( (壓電陶瓷壓電陶瓷) )想一想想一想 請舉出一些你所熟悉的、現(xiàn)代生請舉出一些你所熟悉的、現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中常見的新型無機(jī)非金屬材產(chǎn)和生活中常見的新型無機(jī)非金屬材料的性能和應(yīng)用。（若有困難，可上料的性能和應(yīng)用。（若有困難，可上網(wǎng)查找）網(wǎng)查找） 一般無機(jī)非金屬

5、材料具有耐高溫、高硬度一般無機(jī)非金屬材料具有耐高溫、高硬度和抗腐蝕等優(yōu)良工程性能，其主要缺點(diǎn)是抗拉和抗腐蝕等優(yōu)良工程性能，其主要缺點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度低、韌性差。強(qiáng)度低、韌性差。 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求材料具有強(qiáng)度現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求材料具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫和其他一些特殊性能，這高、耐腐蝕、耐高溫和其他一些特殊性能，這大大促進(jìn)了無機(jī)非金屬材料的發(fā)展，使無機(jī)非大大促進(jìn)了無機(jī)非金屬材料的發(fā)展，使無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域除使用傳統(tǒng)的硅酸鹽材料外，出金屬材料領(lǐng)域除使用傳統(tǒng)的硅酸鹽材料外，出現(xiàn)了氧化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷等現(xiàn)了氧化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷等許多具有特殊性能的新型材料，廣泛應(yīng)用

6、于建許多具有特殊性能的新型材料，廣泛應(yīng)用于建筑、冶金、機(jī)械及尖端科技領(lǐng)域。筑、冶金、機(jī)械及尖端科技領(lǐng)域。 4 4、新型無機(jī)非金屬材料的特征、新型無機(jī)非金屬材料的特征（1 1）耐高溫、強(qiáng)度高）耐高溫、強(qiáng)度高 （2 2）具有電學(xué)性質(zhì)）具有電學(xué)性質(zhì) （3 3）具有光學(xué)性質(zhì)）具有光學(xué)性質(zhì) （4 4）具有生物功能）具有生物功能 二、幾種典型的新型無機(jī)非金屬材料1 1、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)材料2 2、功能材料、功能材料光導(dǎo)纖維（光纖）光導(dǎo)纖維（光纖）高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷1 1、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷(1)(1)氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷用用 途途 坩堝、高溫爐管、坩堝、高溫爐管、 剛玉球磨機(jī)、

7、剛玉球磨機(jī)、 性性 能能 熔點(diǎn)高熔點(diǎn)高 硬度大硬度大 透明、耐高溫透明、耐高溫 高壓鈉燈燈管、高壓鈉燈燈管、 用途示例：鈉蒸氣放電發(fā)光問題早在用途示例：鈉蒸氣放電發(fā)光問題早在19501950年就得以解決，由年就得以解決，由于沒有一種能抵御高溫鈉蒸氣（于沒有一種能抵御高溫鈉蒸氣（14001400）強(qiáng)烈腐蝕的特殊材料，）強(qiáng)烈腐蝕的特殊材料，所以，直到所以，直到19651965年才制取第一支高壓鈉燈。年才制取第一支高壓鈉燈。高溫結(jié)構(gòu)材料與金屬材料的性能比較：高溫結(jié)構(gòu)材料與金屬材料的性能比較： 耐高溫、耐腐蝕、硬度大、耐磨損、不怕氧化。耐高溫、耐腐蝕、硬度大、耐磨損、不怕氧化。 金屬材料：金屬材料：

8、易受腐蝕、不耐氧化、不適合高溫時(shí)使用易受腐蝕、不耐氧化、不適合高溫時(shí)使用 高純氧化鋁透明陶瓷管高純氧化鋁透明陶瓷管氧化鋁陶瓷制品氧化鋁陶瓷制品高溫結(jié)構(gòu)材料高溫結(jié)構(gòu)材料: :(2)(2)氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷主要特性主要特性超硬度，耐磨損；超硬度，耐磨損；抗腐蝕，高溫抗腐蝕，高溫時(shí)也抗氧化；時(shí)也抗氧化；抗冷熱沖擊而不碎裂；抗冷熱沖擊而不碎裂；耐高溫且不易傳熱；耐高溫且不易傳熱；本身具有潤本身具有潤滑性滑性 主要用途主要用途 制造軸承、汽輪機(jī)葉片、機(jī)械密制造軸承、汽輪機(jī)葉片、機(jī)械密封環(huán)、永久性模具等機(jī)械構(gòu)件。用于封環(huán)、永久性模具等機(jī)械構(gòu)件。用于制造柴油機(jī)中發(fā)動(dòng)機(jī)部件的受熱面等制造柴油機(jī)中發(fā)動(dòng)機(jī)部件的

9、受熱面等如：如： ， 此外，高溫結(jié)構(gòu)陶瓷還有：氮化硼陶瓷、碳化此外，高溫結(jié)構(gòu)陶瓷還有：氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷、硼陶瓷、 、 等。等。SiSi3 3N N4 4基陶瓷球軸承基陶瓷球軸承氮化硅陶瓷部件氮化硅陶瓷部件沙漠車沙漠車等等氧化鋯陶瓷氧化鋯陶瓷碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷(3)(3)人造寶石人造寶石 紅寶石和藍(lán)寶石的主要成分都是紅寶石和藍(lán)寶石的主要成分都是AlAl2 2O O3 3（剛（剛玉）。玉）。 紅寶石呈現(xiàn)紅色是由于其中混有少量含鉻化紅寶石呈現(xiàn)紅色是由于其中混有少量含鉻化合物；合物； 而藍(lán)寶石呈藍(lán)色則是由于其中混有少量含鈦而藍(lán)寶石呈藍(lán)色則是由于其中混有少量含鈦化合物?；衔?。 19001900

10、年，科學(xué)家曾用氧化鋁熔融后加入少年，科學(xué)家曾用氧化鋁熔融后加入少量氧化鉻的方法，制出了質(zhì)量為量氧化鉻的方法，制出了質(zhì)量為2g-4g2g-4g的紅寶石。的紅寶石。 現(xiàn)在，已經(jīng)能制造出大到現(xiàn)在，已經(jīng)能制造出大到10g10g的紅寶石和藍(lán)寶石。的紅寶石和藍(lán)寶石。 鉆石、寶石、玉石的成分是什鉆石、寶石、玉石的成分是什么，它們是同一類物質(zhì)嗎？么，它們是同一類物質(zhì)嗎？想一想想一想 鉆石就是鉆石就是 ，其成分是碳；，其成分是碳； 的的主要成分是氧化鋁，不同顏色的寶石是因?yàn)槠渲兄饕煞质茄趸X，不同顏色的寶石是因?yàn)槠渲泻倭坎煌难趸镫s質(zhì)；含少量不同的氧化物雜質(zhì)； 的主要成分是的主要成分是 硅酸鹽。所以，鉆石

11、、寶石、玉石都是價(jià)格昂貴硅酸鹽。所以，鉆石、寶石、玉石都是價(jià)格昂貴的的“石頭石頭”，但它們不是同一類物質(zhì)。，但它們不是同一類物質(zhì)。金剛石金剛石寶石寶石玉石玉石 1870 1870年，英國科學(xué)家丁達(dá)爾做了一個(gè)有年，英國科學(xué)家丁達(dá)爾做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：讓一股水流從玻璃容器的側(cè)壁細(xì)趣的實(shí)驗(yàn)：讓一股水流從玻璃容器的側(cè)壁細(xì)口自由流出，以一束細(xì)光束沿水平方向從開口自由流出，以一束細(xì)光束沿水平方向從開口處的正對面射入水中。丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn)，細(xì)光口處的正對面射入水中。丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn)，細(xì)光束不是穿出這股水流射向空氣，而是順從地束不是穿出這股水流射向空氣，而是順從地沿著水流彎彎曲曲地傳播。這是光的全反射沿著水流彎彎曲曲地傳

12、播。這是光的全反射造成的結(jié)果。造成的結(jié)果。2 2、功能材料、功能材料光導(dǎo)纖維（光纖）光導(dǎo)纖維（光纖）光導(dǎo)原理光導(dǎo)原理光導(dǎo)纖維（二氧化硅）光導(dǎo)纖維（二氧化硅）主要特性主要特性抗干擾性能好，不發(fā)生輻射；抗干擾性能好，不發(fā)生輻射；通通訊質(zhì)量好；訊質(zhì)量好；質(zhì)量輕、耐腐蝕質(zhì)量輕、耐腐蝕主要用途主要用途 除用于通訊外，還用于醫(yī)療、信除用于通訊外，還用于醫(yī)療、信息處理、息處理、傳能傳像、遙測遙控、照明傳能傳像、遙測遙控、照明等。等。是高質(zhì)量傳導(dǎo)光的玻璃纖維，信是高質(zhì)量傳導(dǎo)光的玻璃纖維，信息高速公路的息高速公路的“基石基石”(1)(1)光導(dǎo)纖維的特點(diǎn)和用途：光導(dǎo)纖維的特點(diǎn)和用途：光光 纖纖 光光 纜纜 普普

13、通通 電電 纜纜 信息量大信息量大, ,每根光纖理論上可同每根光纖理論上可同時(shí)通過時(shí)通過1010億路電話億路電話 8 8管同軸電纜每管同軸電纜每條通話條通話18001800路路 原料來源廣原料來源廣( (石英玻璃石英玻璃),),節(jié)約有節(jié)約有色金屬色金屬 資源較少資源較少 質(zhì)量小質(zhì)量小, ,每公里每公里27 g,27 g,不怕腐蝕不怕腐蝕, ,鋪設(shè)方便鋪設(shè)方便 每公里每公里1.6 t 1.6 t 成本低成本低, ,每公里每公里1 1萬元左右萬元左右 每公里每公里2020萬元萬元 性能好性能好, ,抗電磁干擾保密性強(qiáng)抗電磁干擾保密性強(qiáng), ,能能防竊聽防竊聽, ,不發(fā)生電輻射不發(fā)生電輻射 (2)(2

14、)光纖光纜與普通電纜比較光纖光纜與普通電纜比較 真正的光通信時(shí)代。真正的光通信時(shí)代。目前的光纖通信，是把聲音或圖象通過電話機(jī)或電目前的光纖通信，是把聲音或圖象通過電話機(jī)或電視攝像機(jī)變成電信號，再通過光調(diào)制機(jī)對激光光源視攝像機(jī)變成電信號，再通過光調(diào)制機(jī)對激光光源進(jìn)行調(diào)制，把電信號變成光信號，由光導(dǎo)纖維傳送進(jìn)行調(diào)制，把電信號變成光信號，由光導(dǎo)纖維傳送到接收端，接收端的激光接收機(jī)通過光電轉(zhuǎn)換器，到接收端，接收端的激光接收機(jī)通過光電轉(zhuǎn)換器，把光信號還原成電信號，進(jìn)入電話機(jī)或電視機(jī)，重把光信號還原成電信號，進(jìn)入電話機(jī)或電視機(jī)，重現(xiàn)發(fā)送的聲音或圖象。未來的光纖通信，可以不用現(xiàn)發(fā)送的聲音或圖象。未來的光纖通

15、信，可以不用電信號，而是將聲音或圖象直接轉(zhuǎn)換成光信號用光電信號，而是將聲音或圖象直接轉(zhuǎn)換成光信號用光纖進(jìn)行傳輸，電只是作為能源加以使用。到那時(shí)電纖進(jìn)行傳輸，電只是作為能源加以使用。到那時(shí)電話、電報(bào)、電視等電通信方式將變成話、電報(bào)、電視等電通信方式將變成“光話光話”“”“光光報(bào)報(bào)”“”“光視光視”等光通信方式，人類將進(jìn)入一個(gè)無限等光通信方式，人類將進(jìn)入一個(gè)無限美好的真正的光通信時(shí)代。美好的真正的光通信時(shí)代。 現(xiàn)代通信用光纜現(xiàn)代通信用光纜光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用光導(dǎo)纖維不但是通信技術(shù)中的重要材料，還是醫(yī)生光導(dǎo)纖維不但是通信技術(shù)中的重要材料，還是醫(yī)生的得力助手。目前在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，普

16、遍使用著一種連的得力助手。目前在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，普遍使用著一種連接著許多光纖的胃鏡，光纖胃鏡的光源是在體外由接著許多光纖的胃鏡，光纖胃鏡的光源是在體外由光纖傳進(jìn)去的，它不產(chǎn)生熱輻射，能減輕病人的痛光纖傳進(jìn)去的，它不產(chǎn)生熱輻射，能減輕病人的痛苦。在光導(dǎo)纖維的一頭裝著精致小巧的微型鏡頭，苦。在光導(dǎo)纖維的一頭裝著精致小巧的微型鏡頭，可將胃內(nèi)的情況傳到體外拍攝下來或顯示在屏幕上?？蓪⑽竷?nèi)的情況傳到體外拍攝下來或顯示在屏幕上。光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)上的另一個(gè)重要應(yīng)用是通過微細(xì)的光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)上的另一個(gè)重要應(yīng)用是通過微細(xì)的光纖將高強(qiáng)度的激光輸入人體的病變部位，用激光光纖將高強(qiáng)度的激光輸入人體的病變部位，用激光來切除病變

17、部位。這種來切除病變部位。這種“手術(shù)手術(shù)”不用切開皮膚和切不用切開皮膚和切割肌肉組織，而且切割部位準(zhǔn)確，手術(shù)效果好。割肌肉組織，而且切割部位準(zhǔn)確，手術(shù)效果好。光學(xué)纖維胃鏡光學(xué)纖維胃鏡用光導(dǎo)纖維做手術(shù)，不用開刀用光導(dǎo)纖維做手術(shù)，不用開刀其他新型無機(jī)非金屬材料簡介其他新型無機(jī)非金屬材料簡介 金剛石是目前已知的最硬的材料，可以用來金剛石是目前已知的最硬的材料，可以用來切削和刻劃其他物質(zhì)，被用于鉆探、磨削等行業(yè)。切削和刻劃其他物質(zhì)，被用于鉆探、磨削等行業(yè)。 但是，由于天然金剛石非常少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿但是，由于天然金剛石非常少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)和科研的需要?？茖W(xué)家們通過對石墨和金足生產(chǎn)和科研的需要?？茖W(xué)家們

18、通過對石墨和金剛石同素異形體結(jié)構(gòu)的研究，指出了在一定條件剛石同素異形體結(jié)構(gòu)的研究，指出了在一定條件下使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的可能性。下使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的可能性。 19551955年，美國首先用石墨合成出金剛石，這年，美國首先用石墨合成出金剛石，這是材料合成領(lǐng)域的一項(xiàng)重大成就。是材料合成領(lǐng)域的一項(xiàng)重大成就。 目前，世界上用石墨合成金剛石的研究發(fā)展目前，世界上用石墨合成金剛石的研究發(fā)展很快，我國在這方面的研究也在飛速發(fā)展，許多很快，我國在這方面的研究也在飛速發(fā)展，許多城市都建有人造金剛石的工廠和研究所，以滿足城市都建有人造金剛石的工廠和研究所，以滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。生產(chǎn)發(fā)展的需要。（1）金剛石）金剛

19、石金金剛剛石石鋸鋸片片（2）巴基球）巴基球 長期以來，人們總認(rèn)為碳元素只有兩種同素異形體長期以來，人們總認(rèn)為碳元素只有兩種同素異形體金剛金剛石和石墨，石和石墨，1985年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了由年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了由60個(gè)碳原子組成的分子個(gè)碳原子組成的分子C60，由于對它的結(jié)構(gòu)認(rèn)識源于建筑師巴克敏斯特富勒所設(shè)，由于對它的結(jié)構(gòu)認(rèn)識源于建筑師巴克敏斯特富勒所設(shè)計(jì)的圓拱形屋頂?shù)膯⑹荆藗儼阉H切地稱為計(jì)的圓拱形屋頂?shù)膯⑹?，人們把它親切地稱為“巴基球巴基球”。 巴基球現(xiàn)在已發(fā)展成一個(gè)大家族，有巴基球現(xiàn)在已發(fā)展成一個(gè)大家族，有C60、C70、C90等。等。 C60由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，使它在超導(dǎo)、磁性、光學(xué)、催化由于

20、其結(jié)構(gòu)的特殊性，使它在超導(dǎo)、磁性、光學(xué)、催化等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。當(dāng)堿金屬嵌入等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。當(dāng)堿金屬嵌入C60分子間的空隙后分子間的空隙后形成形成K3C60 、Rb3C60 等，均為良好的超導(dǎo)體，具有很高的臨界等，均為良好的超導(dǎo)體，具有很高的臨界溫度?？茖W(xué)家預(yù)言，摻雜的溫度?？茖W(xué)家預(yù)言，摻雜的C240、C540有可能成為室溫超導(dǎo)體。有可能成為室溫超導(dǎo)體。 C60有很強(qiáng)的抗壓性、良好的復(fù)原性、及高度的穩(wěn)定性，加有很強(qiáng)的抗壓性、良好的復(fù)原性、及高度的穩(wěn)定性，加上其分子沒有棱角，使它成為最優(yōu)良的潤滑劑。上其分子沒有棱角，使它成為最優(yōu)良的潤滑劑。 將將C60作為新型功能基團(tuán)引入高分子體系，

21、可以得到具有優(yōu)作為新型功能基團(tuán)引入高分子體系，可以得到具有優(yōu)異導(dǎo)電性能和光學(xué)性質(zhì)的新型功能高分子材料。異導(dǎo)電性能和光學(xué)性質(zhì)的新型功能高分子材料。 隨著對巴基球研究的深入，它的奇異性能和潛在應(yīng)用價(jià)值隨著對巴基球研究的深入，它的奇異性能和潛在應(yīng)用價(jià)值相繼被發(fā)現(xiàn)，人們認(rèn)為其前途不可限量。相繼被發(fā)現(xiàn)，人們認(rèn)為其前途不可限量。 （3）納米材料）納米材料 納米材料指的是微粒直徑在納米材料指的是微粒直徑在10-710-9m級的材料，級的材料，它具有奇特的光、電、磁、熱、力和化學(xué)性質(zhì)。它具有奇特的光、電、磁、熱、力和化學(xué)性質(zhì)。 實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)如果將金屬銅或鋁做成幾個(gè)納米的顆粒，實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)如果將金屬銅或鋁做成幾個(gè)納

22、米的顆粒，一遇到空氣就會產(chǎn)生劇烈的燃燒，發(fā)生爆炸。有人認(rèn)一遇到空氣就會產(chǎn)生劇烈的燃燒，發(fā)生爆炸。有人認(rèn)為用納米顆粒作新型火箭的固體燃料將會有更大的推為用納米顆粒作新型火箭的固體燃料將會有更大的推力。另外，用納米金屬顆粒作催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)力。另外，用納米金屬顆粒作催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)過程，大大提高化工合成的生產(chǎn)效率。過程，大大提高化工合成的生產(chǎn)效率。 如果把納米顆粒粉末制成塊狀金屬材料，它會變得如果把納米顆粒粉末制成塊狀金屬材料，它會變得十分結(jié)實(shí)，強(qiáng)度比一般金屬高十幾倍，同時(shí)又可以像十分結(jié)實(shí)，強(qiáng)度比一般金屬高十幾倍，同時(shí)又可以像橡膠一樣富有彈性。納米金屬有著奇異的性能橡膠一樣富有彈性。納米金

23、屬有著奇異的性能超超塑延展性，納米銅在室溫下可延伸塑延展性，納米銅在室溫下可延伸50多倍而不折斷。多倍而不折斷。用這種材料制造飛機(jī)、汽車、輪船，會使它們的質(zhì)量用這種材料制造飛機(jī)、汽車、輪船，會使它們的質(zhì)量減少到減少到1/10。（轉(zhuǎn)下頁）（轉(zhuǎn)下頁） 納米碳管是石墨中一層或若干層碳原子卷曲而成納米碳管是石墨中一層或若干層碳原子卷曲而成的籠狀纖維，內(nèi)部是空的，外部直徑只有幾到幾十納的籠狀纖維，內(nèi)部是空的，外部直徑只有幾到幾十納米。這樣的材料很輕，但很結(jié)實(shí)。它的密度是鋼的米。這樣的材料很輕，但很結(jié)實(shí)。它的密度是鋼的1/6，而強(qiáng)度卻是鋼的而強(qiáng)度卻是鋼的100倍。用來做防彈背心是再好不過倍。用來做防彈背心

24、是再好不過的了。納米碳管的細(xì)尖極易發(fā)射電子，用于做電子槍，的了。納米碳管的細(xì)尖極易發(fā)射電子，用于做電子槍，可做成幾厘米厚的壁掛式電視。可做成幾厘米厚的壁掛式電視。 如果把透明、防油、防水的納米材料顆粒組合在如果把透明、防油、防水的納米材料顆粒組合在大樓表面或窗玻璃上，大樓不會被空氣中的油污弄臟，大樓表面或窗玻璃上，大樓不會被空氣中的油污弄臟，玻璃也不會沾上水蒸氣而永遠(yuǎn)透明。玻璃也不會沾上水蒸氣而永遠(yuǎn)透明。 納米材料在醫(yī)學(xué)上前途不可限量。用數(shù)層納米材納米材料在醫(yī)學(xué)上前途不可限量。用數(shù)層納米材料包裹的智能藥物進(jìn)入人體后可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)料包裹的智能藥物進(jìn)入人體后可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組

25、織。在人工器官外面涂上納米粒子可胞或修補(bǔ)損傷組織。在人工器官外面涂上納米粒子可預(yù)防移植后的排異反應(yīng)。使用納米技術(shù)的新型診斷儀預(yù)防移植后的排異反應(yīng)。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能診斷出各種疾病。納米顆器只需檢測少量血液，就能診斷出各種疾病。納米顆粒還可用于人體的細(xì)胞分離或細(xì)胞染色，也可以用來粒還可用于人體的細(xì)胞分離或細(xì)胞染色，也可以用來攜帶攜帶DNA進(jìn)行進(jìn)行DNA治療基因缺陷癥治療基因缺陷癥。(4)智能材料智能材料 功能材料主要利用材料的熱、光、電、功能材料主要利用材料的熱、光、電、磁等性能，用于電子、激光、通訊、能源磁等性能，用于電子、激光、通訊、能源和生物工程等領(lǐng)域。功能材

26、料的最新發(fā)展和生物工程等領(lǐng)域。功能材料的最新發(fā)展是智能材料，它具有環(huán)境判斷功能，自我是智能材料，它具有環(huán)境判斷功能，自我修復(fù)功能和時(shí)間軸功能。智能材料既能像修復(fù)功能和時(shí)間軸功能。智能材料既能像人的五官那樣感知客觀世界，又能主動(dòng)對人的五官那樣感知客觀世界，又能主動(dòng)對外做功，發(fā)射聲波、輻射電磁波或熱能，外做功，發(fā)射聲波、輻射電磁波或熱能，甚至能促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)和改變顏色等類似有甚至能促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)和改變顏色等類似有生命物質(zhì)的智慧反應(yīng)。生命物質(zhì)的智慧反應(yīng)。 （5）生物材料）生物材料 生物材料的目標(biāo)是對人體組織的矯形、修生物材料的目標(biāo)是對人體組織的矯形、修復(fù)、再造以維持其原有的功能。生物材料除復(fù)、再造以維持

27、其原有的功能。生物材料除了應(yīng)具有人體的組織或器官的功能外，還必了應(yīng)具有人體的組織或器官的功能外，還必須有與人體組織的相容性，對肌體無免疫排須有與人體組織的相容性，對肌體無免疫排異反應(yīng)，血液相溶性好，無溶血、凝血反應(yīng)異反應(yīng)，血液相溶性好，無溶血、凝血反應(yīng)（如人造血），不會引起代謝作用異?，F(xiàn)象，（如人造血），不會引起代謝作用異?，F(xiàn)象，對人體無毒、不致癌。目前已經(jīng)發(fā)展起來的對人體無毒、不致癌。目前已經(jīng)發(fā)展起來的生物合金、生物高分子和生物陶瓷（以生物生物合金、生物高分子和生物陶瓷（以生物陶瓷為優(yōu)）基本上能滿足這些要求，利用這陶瓷為優(yōu)）基本上能滿足這些要求，利用這些材料已經(jīng)制造出了許多人工器官，如腎、些

28、材料已經(jīng)制造出了許多人工器官，如腎、肝、肺、骨關(guān)節(jié)等。肝、肺、骨關(guān)節(jié)等。（6）超導(dǎo)材料）超導(dǎo)材料 超導(dǎo)材料是一類在低溫下（超導(dǎo)材料是一類在低溫下（23.2K或更低溫度下）電阻可或更低溫度下）電阻可以完全消失的材料。用超導(dǎo)材料做成導(dǎo)線，電阻幾乎為零，以完全消失的材料。用超導(dǎo)材料做成導(dǎo)線，電阻幾乎為零，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無損耗輸電；超導(dǎo)材料可以產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無損耗輸電；超導(dǎo)材料可以產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場，用于制造磁懸浮列車；用超導(dǎo)材料制成的發(fā)電機(jī)將會比現(xiàn)有用于制造磁懸浮列車；用超導(dǎo)材料制成的發(fā)電機(jī)將會比現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率高的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率高100倍以上。由于超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)生在很低倍以上。由于超導(dǎo)

29、現(xiàn)象發(fā)生在很低的溫度下，使其應(yīng)用受到很大的限制，因此尋找研制在較高的溫度下，使其應(yīng)用受到很大的限制，因此尋找研制在較高臨界溫度下具有超導(dǎo)特性的材料成為近臨界溫度下具有超導(dǎo)特性的材料成為近30年來科學(xué)家研究的年來科學(xué)家研究的重要課題。重要課題。 1986年，瑞士的年，瑞士的IBM公司實(shí)驗(yàn)室的公司實(shí)驗(yàn)室的J G Bendnorz和和K A Mtiller首先在高溫氧化物超導(dǎo)體的研究中取得了決定性首先在高溫氧化物超導(dǎo)體的研究中取得了決定性的突破。在通式為的突破。在通式為AxByCuzOw（ALa，Y；BBa，Sr等）的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的體系中，獲得了臨界溫度等）的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的體系中，獲得了臨界溫度Tc達(dá)達(dá)

30、35K的超導(dǎo)體，因此他們獲得了的超導(dǎo)體，因此他們獲得了1987年諾貝爾物理獎(jiǎng)。年諾貝爾物理獎(jiǎng)。1987年，美國休斯敦大學(xué)的朱經(jīng)武小組、中科院物理研究所趙忠年，美國休斯敦大學(xué)的朱經(jīng)武小組、中科院物理研究所趙忠賢等發(fā)現(xiàn)了臨界溫度賢等發(fā)現(xiàn)了臨界溫度Tc為為90K的的YBaCuO材料，實(shí)現(xiàn)材料，實(shí)現(xiàn)了在液氧（了在液氧（77K）中的超導(dǎo)性。）中的超導(dǎo)性。 展望展望2121世紀(jì)，材料科學(xué)的前景是美好的：世紀(jì)，材料科學(xué)的前景是美好的： 1.1.光電轉(zhuǎn)換材料，分解水的催化材料和儲氫材料光電轉(zhuǎn)換材料，分解水的催化材料和儲氫材料等能源材料將實(shí)現(xiàn)高效化；等能源材料將實(shí)現(xiàn)高效化； 2.2.集多種功能于一身的復(fù)合材料可

31、使我們的生活集多種功能于一身的復(fù)合材料可使我們的生活質(zhì)量得到進(jìn)一步改善（如質(zhì)量得到進(jìn)一步改善（如“白色污染白色污染”將被消除）；將被消除）； 3.3.高溫超導(dǎo)材料進(jìn)入實(shí)用階段；高溫超導(dǎo)材料進(jìn)入實(shí)用階段； 4.4.智能材料和機(jī)敏材料將得到廣泛應(yīng)用；智能材料和機(jī)敏材料將得到廣泛應(yīng)用； 5 5、納米材料將在治療癌癥、存儲信息等領(lǐng)域大、納米材料將在治療癌癥、存儲信息等領(lǐng)域大顯神通顯神通 社會需要材料社會需要材料, ,材料離不開化學(xué)。開發(fā)新材料需材料離不開化學(xué)。開發(fā)新材料需要大家學(xué)好化學(xué)。要大家學(xué)好化學(xué)。傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料與新型無機(jī)非金屬材料的特性對比傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料與新型無機(jī)非金屬材料的特性對比材材

32、料料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料 新型無機(jī)非金屬材料新型無機(jī)非金屬材料特特性性抗腐蝕、耐高溫抗腐蝕、耐高溫質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊擊耐高溫、高強(qiáng)度耐高溫、高強(qiáng)度具有電學(xué)特征具有電學(xué)特征具有光學(xué)特性具有光學(xué)特性具有生物功能具有生物功能種種類類普通水泥、普通玻璃、普通水泥、普通玻璃、粘土質(zhì)陶瓷粘土質(zhì)陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維本課總結(jié)本課總結(jié)例題例題1 下列敘述中正確的是（下列敘述中正確的是（ ）A、SiO2屬于無機(jī)非金屬材料屬于無機(jī)非金屬材料B、金屬不能作為結(jié)構(gòu)材料、金屬不能作為結(jié)構(gòu)材料C、玻璃是一種新型的非金屬材料、玻璃是一種新型的非金屬材料D、C60也是一種

33、材料也是一種材料例題例題 【解析】本題主要考查同學(xué)們的閱讀能力【解析】本題主要考查同學(xué)們的閱讀能力和理解能力，只要認(rèn)真閱讀本書教材就能準(zhǔn)確和理解能力，只要認(rèn)真閱讀本書教材就能準(zhǔn)確回答。回答。 SiO2可作為光導(dǎo)纖維，是一種新型的無可作為光導(dǎo)纖維，是一種新型的無機(jī)非金屬材料。機(jī)非金屬材料。C60是近幾年才發(fā)現(xiàn)的一種新是近幾年才發(fā)現(xiàn)的一種新的碳的同素異形體，它可用于超導(dǎo)體，是一種的碳的同素異形體，它可用于超導(dǎo)體，是一種新型無機(jī)非金屬材料，所以新型無機(jī)非金屬材料，所以A、D正確。金屬正確。金屬也屬于結(jié)構(gòu)材料，但耐高溫，易腐蝕不宜作高也屬于結(jié)構(gòu)材料，但耐高溫，易腐蝕不宜作高溫材料。玻璃和水泥等只能屬于

34、傳統(tǒng)的非金屬溫材料。玻璃和水泥等只能屬于傳統(tǒng)的非金屬材料。材料。 答案：答案：A、D 例例2、C60與現(xiàn)代足球與現(xiàn)代足球 有很相似的有很相似的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，下列關(guān)于它的說法正確的是下列關(guān)于它的說法正確的是 A 它和石墨、金剛石是同素異形體的它和石墨、金剛石是同素異形體的關(guān)系關(guān)系 B 它可溶于水，不溶于任何有機(jī)溶劑它可溶于水，不溶于任何有機(jī)溶劑 C 它不溶于水，可溶于某些有機(jī)溶劑它不溶于水，可溶于某些有機(jī)溶劑 D 它是碳的一種同位素它是碳的一種同位素 【解析】【解析】C60是由是由60個(gè)碳原子組成的分子，個(gè)碳原子組成的分子，因此，因此， C60是碳元素的一種單質(zhì)，它和金剛是碳元素的一種單質(zhì)，它和金

35、剛石、石墨是同素異形體的關(guān)系而不是碳元素石、石墨是同素異形體的關(guān)系而不是碳元素的一種同位素。的一種同位素。“A”正確，正確，“D”不正確。不正確。 C60分子結(jié)構(gòu)對稱、電荷分布均勻，整分子結(jié)構(gòu)對稱、電荷分布均勻，整個(gè)分子對外不顯電性，因此它是非極性分子。個(gè)分子對外不顯電性，因此它是非極性分子。依據(jù)依據(jù)“相似相溶相似相溶”的原則，可判斷：的原則，可判斷：C60可可溶于某些非極性的有機(jī)溶劑中而不溶于極性溶于某些非極性的有機(jī)溶劑中而不溶于極性溶劑水中。所以，溶劑水中。所以，“C”正確，正確，“D”不正確。不正確。 答案：答案：A、C 例例3、BGO是我國研制的一種閃爍晶體材料，是我國研制的一種閃爍晶

36、體材料，曾用于諾貝爾獎(jiǎng)獲得者丁肇中的著名實(shí)驗(yàn)。它是鍺曾用于諾貝爾獎(jiǎng)獲得者丁肇中的著名實(shí)驗(yàn)。它是鍺酸鉍的簡稱。若知：（酸鉍的簡稱。若知：（1）在）在BGO中，鍺處于其最中，鍺處于其最高價(jià)態(tài)，（高價(jià)態(tài)，（2）在）在BGO中，鉍的價(jià)態(tài)與鉍跟氯形成中，鉍的價(jià)態(tài)與鉍跟氯形成的某種共價(jià)化合物時(shí)所呈的價(jià)態(tài)相同，在此氯化物的某種共價(jià)化合物時(shí)所呈的價(jià)態(tài)相同，在此氯化物中，鉍具有最外層電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，（中，鉍具有最外層電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，（3）BGO可看可看成是鍺和鉍兩種元素的氧化物所形成的復(fù)雜氧化物，成是鍺和鉍兩種元素的氧化物所形成的復(fù)雜氧化物，且在且在BGO晶體的化學(xué)式中，這兩種氧化物所含氧晶體的化學(xué)式中，這兩種氧化

37、物所含氧的總質(zhì)量相同。請?zhí)羁眨旱目傎|(zhì)量相同。請?zhí)羁眨?(1) 鍺和鉍的元素符號分別是鍺和鉍的元素符號分別是_和和_. (2) BGO晶體中的化學(xué)式是晶體中的化學(xué)式是_. (3) BGO晶體中所含鉍氧化物的化學(xué)式是晶體中所含鉍氧化物的化學(xué)式是_.【解析】【解析】 （1）由所學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識知：）由所學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識知： Ge IVA族元素，族元素， 最外層最外層4個(gè)電子，個(gè)電子， 最高正價(jià)最高正價(jià)+4； Bi：VA族元素，最外層族元素，最外層5個(gè)電子，最高正價(jià)個(gè)電子，最高正價(jià)+5， 常見化常見化合價(jià)合價(jià)+5、+3。 所以，所以， 在在BGO中中, Bi為為+3價(jià)。價(jià)。 （3）設(shè)）設(shè)BGO的化學(xué)式為的

38、化學(xué)式為xBi2O3 yGeO2，根據(jù)題目所給條，根據(jù)題目所給條件，有：件，有： 3x = 2y x : y = 2 : 3 故故BGO晶體的化學(xué)式為晶體的化學(xué)式為2Bi2O3 3GeO2，其所含鉍氧化物，其所含鉍氧化物的化學(xué)式為的化學(xué)式為Bi2O3。 答案：答案： (1) Ge Bi ； (2) 2Bi2O3 3GeO2或或Bi4GeO43 ；(3) Bi2O3 （2） BGO中，中， Ge為為+4價(jià)，價(jià)， Bi可能為可能為+5或或+3價(jià)。價(jià)。 但依據(jù)但依據(jù)題目所給定條件，知：鉍的共價(jià)氯化物中鉍具有最外層題目所給定條件，知：鉍的共價(jià)氯化物中鉍具有最外層8電子電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，顯然穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，顯然B

39、iCl5不成立，不成立，BiCl3才符合條件（滿足化合物才符合條件（滿足化合物中原子最外層中原子最外層8電子結(jié)構(gòu)的條件：原子的最外層電子數(shù)共價(jià)電子結(jié)構(gòu)的條件：原子的最外層電子數(shù)共價(jià)鍵數(shù)鍵數(shù)8）。）。 例例4、材料科學(xué)是近年來與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)研究的熱點(diǎn)。、材料科學(xué)是近年來與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)研究的熱點(diǎn)。某新型無機(jī)非金屬材料由兩種非金屬元素組成，它的一種超某新型無機(jī)非金屬材料由兩種非金屬元素組成，它的一種超硬物質(zhì)，具有耐磨、耐腐蝕、抗冷熱沖擊、抗氧化的特性。它硬物質(zhì)，具有耐磨、耐腐蝕、抗冷熱沖擊、抗氧化的特性。它是以中學(xué)化學(xué)中的常見物質(zhì)為原料來生產(chǎn)的。下圖所示為其生是以中學(xué)化學(xué)中的常見物質(zhì)為原料來生產(chǎn)

40、的。下圖所示為其生產(chǎn)過程，其中虛線框內(nèi)轉(zhuǎn)化是為探究的組成而設(shè)，產(chǎn)過程，其中虛線框內(nèi)轉(zhuǎn)化是為探究的組成而設(shè)，C與與H2O反應(yīng)生成反應(yīng)生成E和和F。、均難溶于水且為白色粉末，。、均難溶于水且為白色粉末，E的水的水溶液可使紫色石蕊試液變紅色；圖中除、（均含元素）溶液可使紫色石蕊試液變紅色；圖中除、（均含元素）外均為中學(xué)化學(xué)常見物質(zhì)，且外均為中學(xué)化學(xué)常見物質(zhì)，且3molM參加反應(yīng)可以生成參加反應(yīng)可以生成8molNH3。 單質(zhì)單質(zhì)單質(zhì)單質(zhì)化 合 物化 合 物化 合 物化 合 物 M ：A(NH2)4KNH3E過量過量NHNH3 3硝酸銀溶液硝酸銀溶液隔絕空氣，隔絕空氣， 高溫高溫稀硝酸稀硝酸NaOHNaOH溶液溶液過量過量CO2FGHGIF 請回答下列問題：請回答下列問題： （1）寫出化學(xué)式：單質(zhì)）寫出化學(xué)式：單質(zhì)，化合物，化合物； （2）寫出下列反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式：反應(yīng)）寫出下