材料及其應(yīng)用簡介 課件-高二下學期物理滬科版（2020）選擇性必修第三冊

11.6材料及其應(yīng)用簡介一、材料對人類社會的影響每一種重要材料的開發(fā)和應(yīng)用，都把人類文明推向一個新的階段。石器時代青銅時代鐵器時代信息時代石頭石器雖硬卻容易斷裂，不易加工。效率低下，生產(chǎn)力發(fā)展極其緩慢。青銅原始社會合金材料，制作成本較高。給農(nóng)業(yè)和手工業(yè)生產(chǎn)以更強大的力量。用于生產(chǎn)數(shù)量少。夏、商、西周時期鐵帶來了相對發(fā)達的生產(chǎn)力，促進了中華文明的發(fā)展。戰(zhàn)國晚期新材料半導(dǎo)體材料促進了計算機技術(shù)的發(fā)展耐高溫高強度的結(jié)構(gòu)材料推動了航天技術(shù)的發(fā)展低消耗的光導(dǎo)纖維引領(lǐng)了光纖通信技術(shù)的發(fā)展材料已經(jīng)與信息、能源一起，被當今國際社會公認為現(xiàn)代文明的三大支柱。二、材料的種類①結(jié)構(gòu)材料主要利用材料的力學特性②功能材料主要利用材料的聲、光、熱、電、磁等特性。1、按照材料的特性，可將材料分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩類。2、按照材料的應(yīng)用領(lǐng)域，又可將材料分為信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等。3、習慣上，人們把材料分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復(fù)合材料。二、材料的種類①金屬材料金屬材料一般包括金屬與合金。合金是由兩種或兩種以上的金屬，或者金屬與非金屬結(jié)合而成的具有金屬特性的材料。例如，鋼是鐵和碳的合金，再加上鉻就成了不銹鋼，不銹鋼具有很強的耐腐蝕，廣泛用于制造餐具、外科手術(shù)器械及化工設(shè)備等。②無機非金屬材料無機非金屬材料主要有陶瓷和玻璃等。傳統(tǒng)的陶瓷材料主要用于制造碗、碟、衛(wèi)生潔具等日常生活用品。如今，陶瓷新材料有驚人的耐腐蝕性能，能耐受強堿氫氧化鈉、幾乎所有的無機酸及有機酸的腐蝕，同時它又是一種高性能的電絕緣材料，在現(xiàn)代工業(yè)和航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。二、材料的種類③有機高分子材料有機高分子材料是由含碳、氫、氧、氮、硅、硫等元素的有機化合物構(gòu)成的材料。塑料、合成纖維和合成橡膠這三大合成高分子材料，已經(jīng)成為生產(chǎn)和生活中必不可少的重要材料。例如，人工合成的有機玻璃不但具有玻璃的各種優(yōu)點，而且非常堅韌，即使受到猛烈撞擊也不易破碎，可用于制造飛機的座艙蓋及汽車的擋風玻璃，還可用于制造文具、樂器（圖2-30）和工藝品等。二、材料的種類④復(fù)合材料復(fù)合材料是由以上幾類不同材料通過復(fù)合工藝組合而成的新型材料。它既能保留原組成材料的主要優(yōu)點，又能通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組合成分所不具備的性能，還可通過材料設(shè)計使各組合成分的性能互相補充并彼此關(guān)聯(lián)，從而獲得新的優(yōu)越性能。例如，玻璃鋼、碳纖維和陶瓷復(fù)合材等新型復(fù)合材料具有強度高、耐腐蝕、剛性好、質(zhì)量輕等優(yōu)良特性，在許多方面都得到了應(yīng)用（圖2-31）。1、各向異性：單晶體在不同的方向上不僅導(dǎo)熱性能不同，而且機械強度、導(dǎo)電性能和光的折射率等其他物理性質(zhì)也不同，這類現(xiàn)象稱為各向異性。2、各向同性：非晶體沿各個方向的物理性質(zhì)都是一樣的，這叫作各向同性。多晶體一般情況下是各向同性的。二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)（1）1848年，法國物理學家布拉維提出空間點陣假說，認為晶體內(nèi)部的微粒是有規(guī)則地排列著。（2）1912年，德國物理學家勞厄利用X射線進行晶體衍射實驗證實假說?！舅伎紗栴}】為什么晶體的形狀和物理性質(zhì)會與非晶體不同？（3）1982年，人們用掃描隧道顯微鏡觀察到物質(zhì)表面原子的排列。有的物質(zhì)在不同條件下能夠生成不同的晶體。石墨是層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間距離較大，原子間的作用力比較弱，所以，石墨質(zhì)地松軟金剛石中碳原子間的作用力很強，所以，金剛石有很大的硬度；

在晶體中，原子（或者分子、離子）并不是靜止不動的。它們在不停地振動，圖中所畫的那些點，是它們振動的平衡位置。【討論與交流】如圖所示是一個平面上晶體微粒排列的情況。請觀察沿不同方向單位長度上微粒的數(shù)目是否相同，并思考引起晶體各向異性的原因。

1、晶體和非晶體在適當條件下是可以轉(zhuǎn)化的；

2、組成晶體空間點陣的粒子可以是離子、原子、分子等不同粒子。二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識絕緣體一、半導(dǎo)體：指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。

基礎(chǔ)知識一、半導(dǎo)體：指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。

基礎(chǔ)知識純凈的半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體

典型半導(dǎo)體材料：硅、鍺、砷化鎵等(一）特點：1.半導(dǎo)體的導(dǎo)電性可以通過