第六章化學(xué)與材料2

第六章化學(xué)與材料材料人類利用單質(zhì)或化合物的某些功能來制作物件時(shí)用的化學(xué)物質(zhì)。一、材料概況沒有新材料的出現(xiàn)，就沒有工業(yè)的進(jìn)步和大量新產(chǎn)品的涌現(xiàn)，社會發(fā)展和人類進(jìn)步的一種標(biāo)志中國古代文化藝術(shù)商代的青銅器元代的瓷器唐三彩騎馬俑唐三彩-馬俑中國古代文化藝術(shù)利用聚硅氧烷（牌號為RTV615）制成的隔熱板，能阻隔2200℃的高溫,使這只小貓受到保護(hù)，能安然無恙地站在上面。這種材料是一種透明橡膠，具有隔絕強(qiáng)熱功能。類似的聚硅氧烷已經(jīng)用于大空船的隔熱屏，它能耐太空船重返大氣層時(shí)所產(chǎn)生的8300℃的高溫達(dá)三分鐘之久。耐熱的透明陶瓷第一臺電子計(jì)算機(jī)ENLAC

1946年，半導(dǎo)體電子管現(xiàn)發(fā)展到第四代，單晶硅超大集成電路光導(dǎo)纖維

一條光纜通路可同時(shí)容納十億人通話，也可同時(shí)傳送多套電視節(jié)目，非常好的通信材料材料用途分類金屬材料無機(jī)非金屬材料

有機(jī)合成材料（高分子材料）

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)材料功能材料化學(xué)組成分類二、金屬材料包括純金屬和合金金屬材料使用的歷史幾種新型合金鈦合金儲氫合金“形狀記憶”合金青銅器時(shí)代：青銅鐵器時(shí)代：生鐵和鋼近現(xiàn)代:鋁青銅（主要為Cu、Sn合金）青銅器（戰(zhàn)國）錯金犀牛尊青銅器（商代晚期）司母戊方鼎我國勞動人民早在商代就制造出精美的青銅器春秋戰(zhàn)國時(shí)期就會冶鐵和煉鋼。1965年12月出土于湖北省江陵望山的一號楚國貴族墓?？脊殴ぷ髡咴谀怪魅松眢w的左手邊，發(fā)現(xiàn)一柄裝在黑色漆木箱鞘內(nèi)的名貴青銅劍。青銅劍與劍鞘吻合得十分緊密。拔劍出鞘，寒光耀目，而且毫無銹蝕，刃薄鋒利。試之以紙，20余層一劃而破。劍全長為55.6厘米，其中劍身長45.6厘米，劍格寬5厘米。劍身滿飾黑色菱形幾何暗花紋，劍格正面和反面還分別用藍(lán)色琉璃和綠松石鑲嵌成美麗的紋飾，劍柄以絲繩纏縛，劍首向外形翻卷作圓箍，內(nèi)鑄有極其精細(xì)的11道同心圓圈。越王勾踐青銅劍（Cu－Sn合金）鋁的利用要比銅和鐵晚的多，那僅僅是100多年前的事情，但由于鋁的密度小和具有抗腐蝕等優(yōu)良性能，現(xiàn)在世界上鋁的年產(chǎn)量已超過了銅，位鐵之后，居第二位。2008年，美國《時(shí)代》周刊公布了在全世界選出的100個(gè)最具影響力的設(shè)計(jì)，“鳥巢”奪得建筑類最具影響力設(shè)計(jì)的桂冠。國家體育場主體結(jié)構(gòu)分成兩個(gè)部分，即混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)被鋼結(jié)構(gòu)罩在里面。鋼結(jié)構(gòu)由24桁架柱圍繞著體育場碗狀看臺區(qū)旋轉(zhuǎn)而成。鈦合金鈦合金優(yōu)點(diǎn)：高強(qiáng)度高韌性耐腐蝕質(zhì)地輕儲氫合金主要由鈦系儲氫合金、鋯系儲氫合金、鐵系儲氫合金以及稀土系儲氫合金重要應(yīng)用利用儲氫合金制造鎳氫電池形狀記憶合金材料是一種新型的功能材料，其特點(diǎn)是在一定的外力作用下可以改變其形態(tài)(形狀和體積)，但當(dāng)溫度升高到某一定值時(shí)，它又可完全恢復(fù)原來的形態(tài)。通過形狀記憶合金模仿肌肉的收縮來實(shí)現(xiàn)人工肌肉的功能。用背部的金屬纖維振動翅膀“形狀記憶”合金鎳-鈦合金（又稱NT合金）具有記憶功能。能引起記憶合金形狀改變的條件是溫度。形狀記憶合金的原料形狀記憶合金的用途（一）在航空上的應(yīng)用——月球上的“奇葩”

在室溫下用形狀記憶合金制成拋物面天線，然后把它揉成直徑5厘米以下的小團(tuán)，放入阿波羅11號的艙內(nèi)，在月面上經(jīng)太陽光的照射加熱使它恢復(fù)到原來的拋物面形狀。這樣就能用空間有限的火箭艙運(yùn)送體積龐大的天線了。形狀記憶合金.mp4形狀記憶合金的用途（二）在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用合金作為驅(qū)動元件，具有可動的肩、肘、腕及手指的微型機(jī)械手。手指和手腕靠TiNi合金螺旋彈簧的伸縮實(shí)現(xiàn)開閉和彎曲動作，肘和肩是靠直線狀的TiNi合金絲的伸縮做彎曲動作，各個(gè)形狀記憶合金驅(qū)動元件都由直接通上的脈寬可調(diào)電流加以控制。小結(jié)：金屬材料包括鐵，鋁，銅等純金屬和合金，在金屬中加熱熔合某些金屬或非金屬而制得的合金，其性能會發(fā)生改變，合金的強(qiáng)度和硬度一般比組成它們的純金屬更高，抗腐蝕性能等也更好，因此，合金具有更廣泛的用途。陶瓷，水泥，磁性材料，光學(xué)材料，團(tuán)簇等三、無機(jī)非金屬材料新型陶瓷材料古代陶瓷材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料：硅酸鹽材料陶瓷在我國有悠久的歷史，在新石器時(shí)代，我們的祖先就已能制造陶器，到唐宋時(shí)期，制造水平已經(jīng)很高，唐朝時(shí)的“唐三彩”，宋朝時(shí)的“鈞瓷”等聞名于世，流傳至今。作為陶瓷的故鄉(xiāng)，我國陶都宜興的陶器和瓷都景德鎮(zhèn)的瓷器，在世界上都享有盛譽(yù)。

制造陶瓷器的主要原料是黏土,成份是硅酸鹽。古代陶瓷材料古代的陶瓷——陶器新石器時(shí)代馬家窯文化螺旋紋彩陶雙耳甕新石器時(shí)代半坡文化陶俑壺新石器時(shí)代彩陶人面紋缽古代的陶瓷——瓷器清光緒青花云紋瓶唐駱駝載樂俑北宋白釉刻花梅瓶水泥建筑水泥是非常重要的建筑材料，高樓大廈和各種建筑工程都離不開它。制造普通水泥的原料有黏土，石灰石，石膏。傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料玻璃儀器玻璃是我們每天都可以見到的一種硅酸鹽材料，一般住宅的窗玻璃就是最常見的玻璃，被稱為普通玻璃。制造普通玻璃的原料是純堿，石灰石和石英。新型陶瓷能承受高溫、強(qiáng)度高氮化硅(Si3N4)陶瓷在1200℃左右的高溫下，仍具有很高的強(qiáng)度，可用來制造汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等。Si3N4軸承鋼化玻璃鋼化玻璃是將普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后加熱到接近的軟化點(diǎn)，再進(jìn)行快速均勻的冷卻而得到。玻璃纖維從高純度的二氧化硅或稱石英玻璃熔融體中，拉出直徑約100m的細(xì)絲，稱為石英玻璃纖維。玻璃可以透光，但在傳輸過程中光損耗很大，用石英玻璃纖維光損耗大為降低，故這種纖維稱為光導(dǎo)纖維.光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用是20世紀(jì)70年代以來世界科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域最重要的發(fā)明之一。激光的方向性強(qiáng)、頻率高，是進(jìn)行光纖通訊的理想光源。光纖通訊與電波通訊相比，光纖通訊能提供更多的通訊通路，可滿足大容量通訊系統(tǒng)的需要。光纖通訊—信息高速公路

1．損耗低

2．重量輕

3．抗干擾能力強(qiáng)

因?yàn)楣饫w的基本成分是石英，只傳光，不導(dǎo)電，不受電磁場的作用，在光纖中傳輸?shù)男盘柌灰妆桓`聽，因而利于保密。

4．保真度高

光纖通訊—信息高速公路

醫(yī)用內(nèi)窺鏡

光導(dǎo)纖維可以用于食道、直腸、膀胱、子宮、胃等深部探查內(nèi)窺鏡（胃鏡、血管鏡等）的光學(xué)元件和不必切開皮肉直接插入身體內(nèi)部，切除癌瘤組織的外科手術(shù)激光刀，即由光導(dǎo)纖維將激光傳遞至手術(shù)部位。照明和光能傳送

利用光導(dǎo)纖維可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)光源多點(diǎn)照明，利用塑料光纖光纜傳輸太陽光作為水下、地下照明

3.光纖服裝

法國一公司首創(chuàng)了光纖噴砂打磨技術(shù)，可使激光沿著光導(dǎo)纖維束傳播而不受其包裹在外層的有反光作用的護(hù)套的影響。用這種光導(dǎo)纖維束織成的布料可通過發(fā)光傳遞信息。這些信號在黑暗里或濃煙密布中，可起到很大的救生作用。

玻璃纖維的其他應(yīng)用某些新型陶瓷具有生物特性某些新型陶瓷具有壓電效應(yīng)如安放在打火機(jī)中的壓電陶瓷，一經(jīng)敲打即刻產(chǎn)生一個(gè)電火花，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。醫(yī)用B超發(fā)生器的心臟也是一塊壓電陶瓷，它實(shí)現(xiàn)的卻是一個(gè)逆向轉(zhuǎn)換：將電脈沖轉(zhuǎn)變成機(jī)械振動，產(chǎn)生超聲波。新型陶瓷的應(yīng)用透明陶瓷

一般陶瓷不透明的原因是其內(nèi)部存在有雜質(zhì)和氣孔，前者能吸收光，后者令光產(chǎn)生散射。因此如果選用高純原料，并通過工藝手段排除氣孔就可能獲得透明陶瓷。這些透明陶瓷不僅有優(yōu)異的光學(xué)性能，而且耐高溫，一般它們的熔點(diǎn)都在2000C以上。如氧化釷-氧化釔透明陶瓷的熔點(diǎn)高達(dá)3100C，透明陶瓷的重要用途是制造高壓鈉燈，它的使用壽命達(dá)2萬小時(shí)。高壓鈉燈的工作溫度高達(dá)1200C，壓力大、腐蝕性強(qiáng)，選用氧化鋁透明陶瓷為材料、成功地制造出高壓鈉燈?？梢灾圃旆缽椘嚨拇啊⑻箍说挠^察窗、

納米陶瓷

精細(xì)陶瓷粉體的顆粒較大，屬微米級(10-6m)，有人用新的制備方法把陶瓷粉體的顆粒加工到納米級(10-9m)，用這種所謂超細(xì)微粉體粒子來制造陶瓷材料，得到新一代納米陶瓷，這是陶瓷材料的第三次飛躍。納米陶瓷具有延性，有的甚至出現(xiàn)超塑性。如室溫下合成的TiO2陶瓷，它可以彎曲，其塑性變形高達(dá)100％，韌性極好。

納米陶瓷被稱為是21世紀(jì)陶瓷。

納米材料的粒子是超細(xì)微的，粒子數(shù)多，表面積大，而且處于粒子界面上的原子比例甚高，一般可達(dá)總原子數(shù)一半左右。這就使納米材料具有不尋常的表面效應(yīng)、界面效應(yīng)和量子效應(yīng)等，因此而呈現(xiàn)出一系列獨(dú)特的性質(zhì)。例如金的熔點(diǎn)是1063℃，而納米金只有330℃，熔點(diǎn)降低近700℃；銀的熔點(diǎn)由金屬銀的960.8℃降為納米銀的100℃。又如納米鉑黑催化劑，由于表面積大，表面活性高，可使乙烯氫化反應(yīng)的溫度從600℃降至室溫；納米鐵的抗斷裂應(yīng)力比普通鐵高12倍，等等。納米材料的問世促使納米技術(shù)的誕生。所謂納米技術(shù)是指用單個(gè)原子或分子作材料建造物體的技術(shù)。

寶玉石基礎(chǔ)知識分為:寶石,玉石和石一寶石1寶石之王-----金剛石硬度極大,達(dá)摩氏10級,已有人工合成.化學(xué)成份是碳.2藍(lán)寶石和紅寶石硬度大,達(dá)摩氏9級,主要成份為氧化鋁.3祖母綠:因含鉻而呈現(xiàn)綠色.4水晶:硬度7,主要成份為二氧化硅.二玉石1.玉中之王----翡翠命名來自翡翠烏,紅者為翡,綠者為翠.硬玉,硬度6.6—7其優(yōu)劣主要取決于水頭,色彩,底,種,瑕庇等1999年香港佳士得春季拍賣會一條翡翠項(xiàng)鏈以1454萬港元成交.2中國兩大美玉----和田玉和岫巖玉(1)和田玉也稱軟玉,硬度6—6.5和田玉產(chǎn)于新疆以白玉價(jià)最高各種玉石的化學(xué)組分樣品種類MgOAl2O3SiO2K2OCaOMnOFeO/Fe2O3新疆和田23.012.0059.040.0513.40.0710.36瑪納斯碧玉15.484.5259.090.03413.840.0735.400岫玉40.322.7354.620.0470.210.010.823獨(dú)山玉0.6733.8142.632.414.840-0.700翡翠(白)-25.3159.36-0.716-0.29京白玉6.669.8681.70.0330.218-

0.021金青石-19.7823.3129.01(Na2O:16.03)小結(jié)：傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料具有抗腐蝕、耐高溫等許多優(yōu)點(diǎn)，但也有質(zhì)脆，經(jīng)不起熱沖擊等弱點(diǎn)，新型無機(jī)非金屬材料繼承了傳統(tǒng)材料的許多優(yōu)點(diǎn)，并具有更加優(yōu)異的特性，如強(qiáng)度高，耐高溫、耐腐蝕等，用途更加廣泛，主要用于航天、機(jī)械和醫(yī)療等方面。合成材料的品種很多，合成纖維、塑料、合成橡膠為常用的三大合成材料，而黏合劑、涂料也屬合成材料的范疇。有機(jī)合成材料的誕生，結(jié)束了人類只能依靠天然材料的歷史。四、有機(jī)合成材料優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度大、密度??；缺點(diǎn)：不耐高溫1．合成纖維合成原料：主要為石油、煤、石灰石、水、空氣等。天然纖維化學(xué)纖維動物纖維：蠶絲、羊毛等植物纖維：棉花、麻、稻草等人造纖維：粘膠絲（人造棉）、人造絲等合成纖維：錦綸、滌綸、腈綸、丙綸、維綸、氯綸等分類(1)天然纖維植物性纖維（纖維素纖維）動物性纖維（蛋白質(zhì)纖維）例：棉花、麻、稻草等例：羊毛、蠶絲等天然纖維棉花和羊毛的纖維都是天然纖維纖維素纖維蛋白質(zhì)纖維藏羚羊纖維皇后——絨之王

羊絨是一根根細(xì)而彎曲的纖維，羊絨纖維比羊毛細(xì)很多，外層鱗片也比羊毛細(xì)密、光滑，重量輕、柔軟、韌性好

(2)化學(xué)纖維人造纖維——粘膠絲（人造棉）、人造絲等

合成纖維——錦綸、滌綸、腈綸、丙綸、維綸、氯綸等

化學(xué)纖維Ｂ、合成纖維與人造纖維的區(qū)別：

①人造纖維：利用竹、木材等經(jīng)化學(xué)加工和紡織而制成的纖維②合成纖維：用石油產(chǎn)品、煤、石灰石、水、空氣等為原料，通過一系列化學(xué)反應(yīng)制造而成Ａ.分類：Ｃ、合成纖維的性能和用途：

它們具有強(qiáng)度高、耐磨、彈性好和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn),但吸水性和透氣性不如天然纖維優(yōu)良.除了供人類穿著外，在生產(chǎn)和國防上也有很多用途。合成纖維與天然纖維的比較棉花、羊毛等

滌綸(的確涼)、錦綸、腈綸等

吸水性、透氣性好強(qiáng)度高、彈性好、耐磨和耐化學(xué)腐蝕迅速燃燒，產(chǎn)生黃色火焰，有燒紙的氣味，固體剩余物松脆燃燒，并產(chǎn)生燒焦羽毛的氣味，固體剩余物松脆燃燒時(shí)先卷曲、融化，后燃燒，冷卻后固體剩余物變硬變脆

幾乎無變化

幾乎無變化

幾乎無變化

變脆

稍微膨脹變脆

植物纖維主要是由纖維素組成，在酸性或者堿性溶液中容易水解為葡萄糖動物纖維中含有蛋白質(zhì)，在堿性溶液中容易被分解。

合成纖維耐酸堿溶液的腐蝕

活動與探究一:

(如何鑒別毛衣的成分?)如果服裝是由兩種或兩種以上的纖維制成的，標(biāo)簽上應(yīng)注明每種纖維種類的含量，如“滌綸20％棉80％”等。合成纖維常常與棉纖維或羊毛纖維混合紡織，使衣服穿起來既舒適美觀。說說身邊的塑料制品有哪些?生活制品：包裝袋、保鮮膜、水桶、礦泉水瓶、自來水管、下水管道、玩具、雨衣、椅子、鉗子外皮、導(dǎo)線外皮等學(xué)習(xí)用品：直尺、圓珠筆、三角板等科技產(chǎn)品：微機(jī)、電視、身份證塑封、學(xué)生證等2、塑料這些高分子化合物大部分是由小分子聚合而成的，所以也常被稱為聚合物。例如，聚乙烯分子是由成千上萬個(gè)乙烯分子聚合而成的高分子化合物。聚乙烯分子模型

塑料品種很多，用途也各不相同。聚氯乙烯聚乙烯當(dāng)兩者都是薄膜時(shí)，如何區(qū)別？塑料的品種很多，用途也各不相同。使用最多的是聚乙烯塑料和聚氯乙烯塑料。邊燃燒邊滴落不易點(diǎn)燃邊燃燒邊滴落無有黑煙無刺鼻氣味合成材料的應(yīng)用與發(fā)展大大方便了人類的生活，但是，合成材料的廢棄物的急劇增加也帶來了環(huán)境問題，廢棄塑料帶來的“白色污染”尤為嚴(yán)重。塑料包裝制品回收標(biāo)志可降解塑料的降解過程初放時(shí)1個(gè)月2個(gè)月2.5個(gè)月3個(gè)月天然橡膠合成橡膠3、合成橡膠森林中有一種高大的喬木，叫作“三葉樹”。如果用小刀在它的樹皮上割開一個(gè)小口子，便會有牛奶似的樹汁流淌出來。這種樹汁，就是今天人們所熟悉的橡膠的最初來源。在印第安人的土語中，“橡膠”就是“樹木的眼淚”的意思。天然橡膠橡膠的強(qiáng)化（加入碳黑）人們常用的合成橡膠有丁苯橡膠、順丁橡膠和氯丁橡膠等。合成橡膠與天然橡膠相比，具有高彈性，絕緣性、耐油和耐高溫等性能，因而廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、國防、交通及日常生活中。合成橡膠的性能和用途

五、復(fù)合材料宇航員的航空服與神舟七號所用的材料是什么？不同的材料具有不同的性質(zhì)：１、金屬材料強(qiáng)度大，但不耐腐蝕２、陶瓷材料耐高溫，但脆性大３、合成材料強(qiáng)度大、密度小，但不耐高溫航天、航空工業(yè)需要密度小、耐高溫、高強(qiáng)度的特殊材料如何獲得呢？復(fù)合材料的性能及用途具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用在宇航工業(yè)、汽車工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、體育用品甚至人類健康等方面。

機(jī)動車的輪胎是用合金鋼與橡膠的復(fù)合材料制成的F22----隱形飛機(jī)

摻有金屬短纖維、碳纖維、有機(jī)高分子材料等復(fù)合物