化學第九章第2節(jié)新型材料的研制

1、石器時代石器時代青銅器時代青銅器時代青銅器（戰(zhàn)國）錯金犀牛尊青銅器（戰(zhàn)國）錯金犀牛尊青銅器（戰(zhàn)國）司母戊方鼎青銅器（戰(zhàn)國）司母戊方鼎鐵鐵 器器 時時 代代鐵耙鐵耙 兩漢時期西漢農具兩漢時期西漢農具 人們對材料的認識、制造和利用，經(jīng)歷了從天人們對材料的認識、制造和利用，經(jīng)歷了從天然材料到人工合成材料、為特定需求設計材料的發(fā)然材料到人工合成材料、為特定需求設計材料的發(fā)展過程。展過程。我家的廚房材料？自來水管：鍍錫管自來水管：鍍錫管水槽、水龍頭：不銹鋼水槽、水龍頭：不銹鋼灶臺、櫥窗：玻璃灶臺、櫥窗：玻璃墻壁：瓷磚墻壁：瓷磚抽油煙機外殼：塑料抽油煙機外殼：塑料櫥門外層：涂料、漆櫥門外層：涂料、漆廚房桌

2、臺面：人造大理石廚房桌臺面：人造大理石金屬金屬材料材料無機非金無機非金屬材料屬材料合成合成材料材料復合復合材料材料一、金屬材料一、金屬材料 包括純金屬和合金包括純金屬和合金 金屬材料使用的歷史金屬材料使用的歷史 幾種新型合金幾種新型合金鈦合金鈦合金儲氫合金儲氫合金“形狀記憶形狀記憶”合金合金青銅器時代：青銅青銅器時代：青銅鐵器時代：生鐵和鋼鐵器時代：生鐵和鋼近現(xiàn)代近現(xiàn)代: 鋁鋁交流與討論 我們發(fā)現(xiàn)在金屬利用的過程中我們發(fā)現(xiàn)在金屬利用的過程中, ,首先利用首先利用青銅青銅, , 然后開始使用鐵及鋼制品然后開始使用鐵及鋼制品, ,到近現(xiàn)代才到近現(xiàn)代才開始利用鋁制品開始利用鋁制品. .請你思考一下請

3、你思考一下, ,這樣一個順這樣一個順序與那些因素有關序與那些因素有關? ?金屬活動性強弱金屬活動性強弱冶煉金屬的難易程度冶煉金屬的難易程度古代古代現(xiàn)代現(xiàn)代鈦合金鈦合金鈦合金優(yōu)點：鈦合金優(yōu)點： 高強度高強度 高韌性高韌性 耐腐蝕耐腐蝕 質地輕質地輕 鈦合金與人體有很好的鈦合金與人體有很好的“相容性相容性”，因此可用來制造人造骨，因此可用來制造人造骨 鈦和鈦合金鈦和鈦合金被認為是被認為是21世紀的重要材料，它具有很多優(yōu)世紀的重要材料，它具有很多優(yōu)良的性能，如熔點高、密度小、可塑性好、易于加工、機良的性能，如熔點高、密度小、可塑性好、易于加工、機械性能好等。尤其是抗腐蝕性能非常好，即使把它們放在械性

4、能好等。尤其是抗腐蝕性能非常好，即使把它們放在海水中數(shù)年，取出后仍光亮如新，其抗腐蝕性能遠優(yōu)于不海水中數(shù)年，取出后仍光亮如新，其抗腐蝕性能遠優(yōu)于不銹鋼，因此被廣泛銹鋼，因此被廣泛用于火箭、導彈、航天飛機船舶、化工用于火箭、導彈、航天飛機船舶、化工和通訊設備等和通訊設備等儲氫合金儲氫合金 主要由鈦系儲氫主要由鈦系儲氫合金、鋯系儲氫合金、鋯系儲氫合金、鐵系儲氫合金、鐵系儲氫合金以及稀土系合金以及稀土系儲氫合金儲氫合金 重要應用重要應用 利用儲氫合金制利用儲氫合金制造鎳氫電池造鎳氫電池形狀記憶合金的發(fā)現(xiàn)形狀記憶合金的發(fā)現(xiàn)20世紀世紀60年代初，美國馬里蘭州海軍軍械研究所的科學年代初，美國馬里蘭州海軍

5、軍械研究所的科學家比勒，用鎳鈦合金絲做試驗。這些合金絲彎彎曲曲，為了使家比勒，用鎳鈦合金絲做試驗。這些合金絲彎彎曲曲，為了使用方便，他把這些合金絲弄直了。但是，當他無意中把合金絲用方便，他把這些合金絲弄直了。但是，當他無意中把合金絲靠近火的時候，奇跡發(fā)生了：已經(jīng)弄直的合金絲居然完全恢復靠近火的時候，奇跡發(fā)生了：已經(jīng)弄直的合金絲居然完全恢復了它們原來彎彎曲曲的形狀。了它們原來彎彎曲曲的形狀。 形狀記憶合金的特點形狀記憶合金的特點 形狀記憶合金材料是一種形狀記憶合金材料是一種新型的功能材料，其特點是在新型的功能材料，其特點是在一定的外力作用下可以改變其一定的外力作用下可以改變其形態(tài)形態(tài)(形狀和體積

6、形狀和體積)，但當溫度，但當溫度升高到某一定值時，它又可完升高到某一定值時，它又可完全恢復原來的形態(tài)。全恢復原來的形態(tài)。 全程全程Ti-NiTi-Ni記憶合金花記憶合金花 無機非金屬材料陶瓷、水泥、玻璃等陶瓷、水泥、玻璃等 古代的陶瓷古代的陶瓷 新型陶瓷材料新型陶瓷材料 其他無機非金屬材料其他無機非金屬材料古代的陶瓷古代的陶瓷 陶器陶器新石器時代馬家窯文化新石器時代馬家窯文化 螺旋紋彩陶雙耳甕螺旋紋彩陶雙耳甕 新石器時代半坡文化新石器時代半坡文化 陶俑壺陶俑壺 新石器時代新石器時代 彩陶人面紋缽彩陶人面紋缽 古代的陶瓷古代的陶瓷 瓷器瓷器清光緒清光緒 青花云紋瓶青花云紋瓶 唐唐 駱駝載樂俑駱駝

7、載樂俑 北宋北宋 白釉刻花梅瓶白釉刻花梅瓶 某些新型陶瓷能承受高溫、強度高某些新型陶瓷能承受高溫、強度高 氮化硅氮化硅(Si(Si3 3N N4 4) )陶瓷陶瓷在在12001200左右的高溫下，仍具有左右的高溫下，仍具有很高的強度，可用來制造汽輪機葉片、軸承、永久很高的強度，可用來制造汽輪機葉片、軸承、永久性模具等。性模具等。耐高溫、強度大耐高溫、強度大某些新型陶瓷具有生物特性某些新型陶瓷具有生物特性 據(jù)新華社墨西哥城據(jù)新華社墨西哥城20042004年年1 1月月2020日電墨西哥科學院日前發(fā)表的一份日電墨西哥科學院日前發(fā)表的一份材料說，該國科研人員經(jīng)過材料說，該國科研人員經(jīng)過1010年的年

8、的努力，成功開發(fā)出一種可供移植的努力，成功開發(fā)出一種可供移植的新型陶瓷骨。新型陶瓷骨。 研究者強調說，這種陶瓷骨具研究者強調說，這種陶瓷骨具有組織相容性和生物穩(wěn)定性好等特有組織相容性和生物穩(wěn)定性好等特點。它不會導致排異反應，有利于點。它不會導致排異反應，有利于誘導骨質的生長。這種人工骨富含誘導骨質的生長。這種人工骨富含鈣、鋅，有利于手術后傷口皮膚更鈣、鋅，有利于手術后傷口皮膚更快愈合快愈合玻璃玻璃污染變色玻璃污染變色玻璃 美國加州大氣污染觀測實驗室研制出一種美國加州大氣污染觀測實驗室研制出一種能探測污染的污染變色玻璃。這種玻璃受到污能探測污染的污染變色玻璃。這種玻璃受到污染氣體污染時能改變顏色

9、，例如當受到酸性氣染氣體污染時能改變顏色，例如當受到酸性氣體污染時變成綠色、受到含胺氣體污染時變成體污染時變成綠色、受到含胺氣體污染時變成黃灰色等，用它來制作污染檢測材料和標示材黃灰色等，用它來制作污染檢測材料和標示材料將具有廣泛的用途。料將具有廣泛的用途。 自潔玻璃自潔玻璃 日本東京大學發(fā)明了一種二氧化鈦（日本東京大學發(fā)明了一種二氧化鈦（TiOTiO2 2）涂層玻璃，能防止污垢和水點聚積于表面，可涂層玻璃，能防止污垢和水點聚積于表面，可達到自動清洗和防震的效果，可不費氣力清潔達到自動清洗和防震的效果，可不費氣力清潔玻璃窗。玻璃窗。 制造普通玻璃的原料是制造普通玻璃的原料是純堿、石灰石、石英純

10、堿、石灰石、石英（SiO2），反應原理是碳酸鈉、碳酸鈣在高溫下分，反應原理是碳酸鈉、碳酸鈣在高溫下分別跟石英反應生成硅酸鹽（別跟石英反應生成硅酸鹽（CaSiO3CaSiO3）。寫出這兩個）。寫出這兩個反應的化學方程式。反應的化學方程式。Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2有機有機高分高分子材子材料料天然材料天然材料合成材料合成材料天然橡膠天然橡膠天然纖維：棉花、羊毛天然纖維：棉花、羊毛塑塑 料料合成橡膠合成橡膠: 輪胎輪胎聚乙烯塑料：食品袋聚乙烯塑料：食品袋聚氯乙烯塑料：服裝袋、聚氯乙烯塑料：服裝袋、農用薄膜、雨衣等農用薄膜、雨衣等合成纖維：

11、尼龍、腈綸、滌綸等合成纖維：尼龍、腈綸、滌綸等有機合成材料有機合成材料（）（）塑料塑料：塑：塑料料的品種很多，用途的品種很多，用途也各不相同。常見也各不相同。常見的塑料：的塑料：聚乙烯聚乙烯（PE）、）、聚氯乙烯聚氯乙烯（PVC）、）、聚苯乙聚苯乙烯烯（PS）、）、有機玻有機玻璃璃（PMMA）和）和電電木塑料木塑料。 使用最多的是聚使用最多的是聚乙烯塑料和聚氯乙乙烯塑料和聚氯乙烯塑料。烯塑料。 你知道聚乙烯你知道聚乙烯和聚氯乙烯的和聚氯乙烯的區(qū)別方法嗎？區(qū)別方法嗎？點燃后聞氣味，有刺激性氣味的為聚點燃后聞氣味，有刺激性氣味的為聚氯氯乙乙烯塑料。烯塑料。實驗：點燃聚乙烯及聚氯乙烯實驗：點燃聚乙烯

12、及聚氯乙烯實驗樣品實驗樣品 實實 驗驗 現(xiàn)現(xiàn) 象象 解釋與結論解釋與結論 聚乙烯聚乙烯 聚氯乙烯聚氯乙烯 組成元素為組成元素為C、H，生成物為生成物為CO2、H2O，故聚乙烯無毒，可用故聚乙烯無毒，可用于包裝食品。于包裝食品。 組成元素為組成元素為C、H、Cl，生成物除了生成物除了CO2、H2O外，外，還有還有HCl或其他含氯物質?；蚱渌任镔|。故聚氯乙烯有毒，不宜用故聚氯乙烯有毒，不宜用于包裝食品。于包裝食品。 邊燃燒邊熔化，邊燃燒邊熔化，無刺激性氣味，無無刺激性氣味，無黑煙黑煙 不易點燃，燃燒不易點燃，燃燒時有刺激性氣味，時有刺激性氣味，并有大量黑煙并有大量黑煙 如何在生活中減少如何在生

13、活中減少“白色污染白色污染”的產生？的產生？塑料的應用帶來的負面影響塑料的應用帶來的負面影響“白色污染白色污染” 危害：破壞土壤結構，污染地下水，危害海洋生物危害：破壞土壤結構，污染地下水，危害海洋生物怎樣減少白色污染？怎樣減少白色污染？1 1、盡可能的減少使用塑料制品、盡可能的減少使用塑料制品2 2、回收廢舊塑料：、回收廢舊塑料：3 3、研制和推廣可降解塑料、研制和推廣可降解塑料回收廢舊塑料的好處：回收廢舊塑料的好處：1、減少廢棄塑料的數(shù)量，減少白色污染、減少廢棄塑料的數(shù)量，減少白色污染2、節(jié)約石油資源、節(jié)約石油資源纖維纖維天然纖維：天然纖維：毛、絲毛、絲、麻、棉麻、棉化學纖維化學纖維合成纖

14、維：尼龍、腈綸、滌綸等合成纖維：尼龍、腈綸、滌綸等人造纖維：人造棉、人造絲等人造纖維：人造棉、人造絲等（蛋白質）（蛋白質）（2）合成纖維）合成纖維 植物性纖維植物性纖維 合成纖維的合成纖維的強度高、彈性好、強度高、彈性好、耐磨和耐化學腐耐磨和耐化學腐蝕，但它的吸水蝕，但它的吸水性和透氣性較差。性和透氣性較差。因此，合成纖維因此，合成纖維常常與棉纖維或常常與棉纖維或羊毛纖維混合紡羊毛纖維混合紡織，使衣服穿起織，使衣服穿起來既舒適美觀。來既舒適美觀。 棉花和羊毛的纖維都是天然纖維棉花和羊毛的纖維都是天然纖維藏藏 羚羚 羊羊纖維皇后纖維皇后絨之王絨之王 羊絨是羊絨是一根根細而彎曲的纖維一根根細而彎曲

15、的纖維，其中含有很多的空氣，其中含有很多的空氣，并形成空氣層，可以防御外來冷空氣的侵襲，保留體溫不并形成空氣層，可以防御外來冷空氣的侵襲，保留體溫不會減低。會減低。一只絨山羊每年產絨僅一只絨山羊每年產絨僅150-200克?？?。 羊絨纖維比羊絨纖維比羊毛細羊毛細很多，外層鱗片也比羊毛細密、光滑，很多，外層鱗片也比羊毛細密、光滑，重量輕、柔軟、韌性好重量輕、柔軟、韌性好 天然纖維和人造纖維的區(qū)別？天然纖維和人造纖維的區(qū)別？幾種纖維的性質比較實驗幾種纖維的性質比較實驗 性質性質 纖維纖維種類種類 灼燒情況灼燒情況 受酸影響受酸影響受堿液影響受堿液影響結論與解釋結論與解釋棉花棉花（天然植物纖（天然植物

16、纖維）維） 迅速燃燒，產迅速燃燒，產生黃色火焰，生黃色火焰，有燒紙的氣味有燒紙的氣味，固體剩余物松固體剩余物松脆脆 變脆變脆 稍微膨脹，稍微膨脹，變脆變脆 植物纖維主要植物纖維主要是由纖維素組是由纖維素組成，在酸性或成，在酸性或者堿性溶液中者堿性溶液中容易水解為葡容易水解為葡萄糖萄糖 羊毛線羊毛線（天然動物纖（天然動物纖維）維） 燃燒，并燃燒，并產生產生燒焦羽毛的氣燒焦羽毛的氣味味，固體剩余，固體剩余物松脆物松脆 幾乎無變幾乎無變化化 變脆變脆 動物纖維中含動物纖維中含有蛋白質，在有蛋白質，在堿性溶液中容堿性溶液中容易被分解。易被分解。 尼龍線尼龍線（合成纖維）（合成纖維） 燃燒時燃燒時先卷曲

17、、先卷曲、融化，后燃燒，融化，后燃燒，冷卻后固體剩冷卻后固體剩余物變硬余物變硬 幾乎無變幾乎無變化化 幾乎無變幾乎無變化化 合成纖維耐酸合成纖維耐酸堿溶液的腐蝕堿溶液的腐蝕 （3）合成橡膠）合成橡膠 人們常用人們常用的合成橡膠有的合成橡膠有丁苯橡膠，順丁苯橡膠，順丁橡膠和氯丁丁橡膠和氯丁橡膠等。合成橡膠等。合成橡膠與天然橡橡膠與天然橡膠相比，具有膠相比，具有高彈性，絕緣高彈性，絕緣性、耐油和耐性、耐油和耐高溫等性能，高溫等性能，因而廣泛應用因而廣泛應用于工農業(yè)、國于工農業(yè)、國防、交通及日防、交通及日常生活中。常生活中?？赡蛢汕Ф雀邷氐耐该飨鹉z可耐兩千度高溫的透明橡膠天然橡膠：天然橡膠： 森林中

18、有一種高大森林中有一種高大的喬木，叫作的喬木，叫作“三三葉樹葉樹”。如果用小。如果用小刀在它的樹皮上割刀在它的樹皮上割開一個小口子，便開一個小口子，便會有牛奶似的樹汁會有牛奶似的樹汁流淌出來。這種樹流淌出來。這種樹汁，就是今天人們汁，就是今天人們所熟悉的橡膠的最所熟悉的橡膠的最初來源。在印第安初來源。在印第安人的土語中，人的土語中，“橡橡膠膠”就是就是“樹木的樹木的眼淚眼淚”的意思。的意思。 復合材料復合材料 1定義：是將兩種或者兩種以上的材料復合成一體而形定義：是將兩種或者兩種以上的材料復合成一體而形 成的材料，具有更優(yōu)異的綜合性能。成的材料，具有更優(yōu)異的綜合性能。 2主要幾種復合材料主要幾種復合材料（1）鋼筋混凝土：鋼筋（金屬材料）和混凝土（無機非）鋼筋混凝