高二-粵教版-物理-選擇性必修三-第二章《新材料》課件

高二—粵教版—物理—選擇性必修三—第二章

新材料知識(shí)回顧物體氣體液體固體晶體蓋—呂薩克定律氣體實(shí)驗(yàn)定律理想氣體狀態(tài)方程玻意耳定律查理定律毛細(xì)現(xiàn)象表面張力浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)非晶體單晶體多晶體熱氣球打氣泵測(cè)定肺活量等防水布料酒精燈等液晶顯示屏

氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)是最常見的三種物質(zhì)形態(tài)，這些不同形態(tài)物理材料的應(yīng)用，對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展起到了重大的推動(dòng)作用。

歷史學(xué)家們?cè)?jīng)根據(jù)人類使用的材料把古代史劃分為石器時(shí)代、陶器時(shí)代、銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代。

每一次新材料的發(fā)現(xiàn)與利用都極大地推動(dòng)了人類社會(huì)的發(fā)展。

直到今天各種新材料的涌現(xiàn)，每一次進(jìn)步都標(biāo)志著人類社會(huì)生產(chǎn)水平的一大跨越。每一次新材料的開發(fā)和使用，都推動(dòng)人類社會(huì)邁上新的臺(tái)階。

ENIAC(電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）

世界上第一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)

長(zhǎng)30.48m，寬6m，高2.4m

占地面積約170平方米

有30個(gè)操作臺(tái)，造價(jià)48萬(wàn)美元

17468根真空管（電子管)7200根晶體二極管計(jì)算速度為每秒5000次加法

華為公司2019年推出的麒麟9905G手機(jī)芯片，在手指甲蓋大小的地方，集成了103億個(gè)晶體管，運(yùn)算速度達(dá)到每秒萬(wàn)億次?；A(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)ENIAC(電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）麒麟9905G手機(jī)芯片生產(chǎn)時(shí)間1946年2019年占地面積集成數(shù)量計(jì)算速度5000次加法/秒或400次乘法/秒半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)手機(jī)手機(jī)平板電腦筆記本電腦臺(tái)式主機(jī)智能手表空調(diào)掃地機(jī)器人洗衣機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)手機(jī)二極管芯片老式收音機(jī)半導(dǎo)體到底是什么？基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)：1.半導(dǎo)體的導(dǎo)電性可以通過摻雜來(lái)控制基礎(chǔ)知識(shí)本征半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)五價(jià)磷原子自由電子（-）N型半導(dǎo)體：自由電子濃度大于本征半導(dǎo)體三價(jià)硼原子空穴（+）P型半導(dǎo)體：空穴濃度大于本征半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體P型-N型二極管P-N結(jié)（單項(xiàng)導(dǎo)電性）單晶硅錠圓晶片圓晶片制成的集成芯片一個(gè)集成芯片基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)NE555芯片內(nèi)部，顯微鏡下基礎(chǔ)知識(shí)老式收音機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)老式收音機(jī)半導(dǎo)體收音機(jī)電子管收音機(jī)體積小體積大耗電少耗電多壽命長(zhǎng)壽命短基礎(chǔ)知識(shí)

手機(jī)集成了光線、距離、重力、加速度、磁場(chǎng)、指紋等十幾種傳感器，以及多個(gè)功能模塊以支持通話、上網(wǎng)、導(dǎo)航、拍照等各種功能。

電子及電子元器件的高度集成，使得各種功能組件小型化、微型化成為可能?；A(chǔ)知識(shí)2.光/熱生伏特效應(yīng)

基礎(chǔ)知識(shí)吸熱或光照產(chǎn)生電子-空穴對(duì)自由電子向N區(qū)運(yùn)動(dòng)空穴向P區(qū)運(yùn)動(dòng)可測(cè)試的電壓2.光/熱生伏特效應(yīng)

基礎(chǔ)知識(shí)典型案例二、納米材料

納米材料即三維空間中至少有一維處于納米尺寸(1-100nm)的材料?；A(chǔ)知識(shí)

將某些物質(zhì)的尺度加工到1-100nm時(shí)，它的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)與較大尺度相比，發(fā)生了異常的變化，具有一些特殊的用途。用納米技術(shù)制作的衣服具有防污等多種功效未來(lái)可實(shí)現(xiàn)納米機(jī)器人清理人體內(nèi)的病變細(xì)胞典型案例（一）納米材料的特點(diǎn)

1.防水防油——荷葉的自潔效應(yīng)。防水荷葉的自潔效應(yīng)基礎(chǔ)知識(shí)典型案例納米陶瓷粉制成納米陶瓷刀摔不壞普通陶瓷盤

2.強(qiáng)度高和韌性大。基礎(chǔ)知識(shí)（一）納米材料的特點(diǎn)

碳納米管強(qiáng)度高：約為鋼的100倍自重輕：密度是鋼的1/6具有良好的柔韌性，可彎曲

2.強(qiáng)度高和韌性大石墨烯黑金

新材料之王預(yù)言“徹底改變21世紀(jì)”的材料典型案例

3.吸附性強(qiáng)

納米材料通常對(duì)光和物質(zhì)具有更好的吸收和吸附性?；A(chǔ)知識(shí)（一）納米材料的特點(diǎn)

3.吸附性強(qiáng)

——碳納米管可以大量吸附氫氣。

碳納米管自身重量輕，中空結(jié)構(gòu)可作為儲(chǔ)氫的優(yōu)良容器，儲(chǔ)存的氫氣密度甚至比液態(tài)或固態(tài)氫氣還高。

研究表明：常溫常壓下約2/3的氫氣能從碳納米管中釋放。

據(jù)預(yù)測(cè)，對(duì)于正在研制的氫氣汽車，只需攜帶1.5升左右的碳納米管，就可以行駛500公里。（普通燃油汽車需消耗油量約80升）不確定因素：氫氣不純易爆炸，密封性與氫氣純度有待考究。典型案例

4.納米材料能改變材料的表面活性和生物活性。(1)生活上:可以用來(lái)制造冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等電器的內(nèi)壁或外殼，有效防止微生物的滋生，從而不留異味、易于清洗?；A(chǔ)知識(shí)（一）納米材料的特點(diǎn)典型案例納米抗菌奶瓶普通奶瓶將銀納米化，使銀的殺菌能力飛躍洗衣機(jī)桶表面上用了納米尺度的氧化硅微粒與金屬離子的組合

4.納米材料能改變材料的表面活性和生物活性。(2)軍事上:將納米材料涂裝在飛機(jī)上，能對(duì)雷達(dá)起到很強(qiáng)的隱身作用?；A(chǔ)知識(shí)（一）納米材料的特點(diǎn)(3)醫(yī)學(xué)上:以納米磁性材料為載體的靶向藥物，可用于血癌、血栓等各種疾病的診斷與治療。

雷達(dá)隱身戰(zhàn)機(jī)以納米磁性材料為載體的靶向藥物軍事上醫(yī)學(xué)上典型案例三、超材料

一般定義為具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，是將人造單元結(jié)構(gòu)以特定方式排列形成的，具有特殊電、磁特征的人造結(jié)構(gòu)材料。典型超材料：左手材料、光子晶體、超磁性材料等。基礎(chǔ)知識(shí)

基礎(chǔ)知識(shí)（一）左手材料

左手材料是一種介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)值的材料。電磁波在其傳播時(shí)，由于波矢、電場(chǎng)和磁場(chǎng)符合左手定則，因此被稱為“左手材料”。

典型案例

左手材料可用于制造高指向性天線，用于聚焦微波波束，實(shí)現(xiàn)“完美透鏡”，或用于電磁波隱身及制造各種新型微波器件。左手材料的負(fù)折射現(xiàn)象

基礎(chǔ)知識(shí)（二）光子晶體

光子晶體能使某一頻率范圍的電磁波不能在其內(nèi)部傳播，可用于控制光子的流動(dòng)，制造光子晶體光纖、光子晶體微帶天線等。

基礎(chǔ)知識(shí)四、新材料的分類

新材料根據(jù)其功能和結(jié)構(gòu)可以分為有機(jī)材料、合成無(wú)機(jī)材料、復(fù)合材料以及人工超結(jié)構(gòu)材料等。

然而，它們?cè)诜诸惿峡赡苡薪徊?。典型案例材料特點(diǎn)分類太陽(yáng)能電池材料具有人工異質(zhì)結(jié)構(gòu)人工超結(jié)構(gòu)材料中的納米材料；新性能復(fù)合材料；無(wú)機(jī)功能新材料半導(dǎo)體材料吸光層為納米級(jí)別課堂總結(jié)新材料半導(dǎo)體納米材料超材料：導(dǎo)電性可以通過摻雜來(lái)控制光/熱生伏特效應(yīng)防水防油強(qiáng)度高和韌性大吸附性強(qiáng)能改變材料的表面活性和生物活性具有特殊電、磁特征課堂到此結(jié)束，謝謝大家的觀看！高二—粵教版—物理—選擇性必修三—第二章

新材料答疑半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體的自由電子多余本征半導(dǎo)體的自由電子，所以N型半導(dǎo)體本身帶負(fù)電？N型半導(dǎo)體是指在本征半導(dǎo)體（純凈半導(dǎo)體）中摻雜價(jià)電子大于4的原子（如5價(jià)磷原子）時(shí)的半導(dǎo)體。

雖然自由電子數(shù)增加，但N型半導(dǎo)體中正電荷量與負(fù)電荷量相等，故N型半導(dǎo)體呈電中性。錯(cuò)誤納米材料的特點(diǎn)同種物質(zhì)，當(dāng)它以納米材料的形態(tài)出現(xiàn)時(shí)，其物理性質(zhì)可能會(huì)有很大的不同？正確特點(diǎn)應(yīng)用防水防油防水膜、防水衣、防水手機(jī)強(qiáng)度高和韌性大陶瓷刀、防彈衣吸附性強(qiáng)利用碳納米管制造儲(chǔ)氫容器能改變材料的表面活性和生物活性制造電器外殼或內(nèi)壁，有效防止微生物滋生；雷達(dá)隱身飛機(jī)；制作靶向藥物納米材料的應(yīng)用納米材料在大自然中也有很多的應(yīng)用，請(qǐng)問同學(xué)說是否知道大自然是如何巧妙應(yīng)用納米材料的？（舉例說明）特點(diǎn)自然現(xiàn)象防水防油具有自我清潔能力的荷葉強(qiáng)度高和韌性大堅(jiān)硬的貝殼類、甲蟲的角質(zhì)層吸附性強(qiáng)吸附力極強(qiáng)的壁虎的腳自然現(xiàn)象與規(guī)律物理概念與規(guī)律科技與社會(huì)的發(fā)展納米材料對(duì)社會(huì)發(fā)展的負(fù)面影響利用納米材料的特點(diǎn)，在技術(shù)允許的前提下，可以廣泛普及納米材料的應(yīng)用？把納米材料放在環(huán)境中來(lái)考慮，將發(fā)現(xiàn)它們有許多共同的環(huán)境和生態(tài)特征，歸納如下：（

1）生物大分子的強(qiáng)烈結(jié)合性。納米污染物往往具有顯著的配位、極性、親脂特性，有與生命物質(zhì)強(qiáng)烈結(jié)合進(jìn)入體內(nèi)的趨勢(shì)。納米材料的比表面積大，粒子表面的原子數(shù)多，周圍缺少相鄰原子，存在許多空鍵，故具有很強(qiáng)的吸附能力和很高的化學(xué)活性。（

2）生態(tài)系統(tǒng)的潛在蓄積毒性。納米級(jí)污染物在環(huán)境中存在的濃度一般較低，往往被大量污染物所掩蓋。但它們一旦被攝入后即可長(zhǎng)期結(jié)合潛伏，在特定器官內(nèi)不斷積累增大濃度，終致產(chǎn)生顯著毒性效應(yīng)。另外，通過食物鏈逐級(jí)高位富集，也可導(dǎo)致高級(jí)生物的毒性效應(yīng)。（

3）多種污染物的組合復(fù)合性。環(huán)境中永遠(yuǎn)是多種化合物以各種形態(tài)同時(shí)存在，相互拮抗或協(xié)同，成為復(fù)合污染體系，難以分辨和控制。（4