第四节材料的发展

材料的发展材料的发展原始人生产矛的过程原始人生产矛的过程石制割砸器具石制割砸器具印第安人的石斧印第安人的石斧陶陶瓷瓷青铜鼎青铜鼎青铜器时代青铜器时代青铜宝剑青铜宝剑青铜编钟青铜编钟古代铁器古代铁器犁犁塑料和橡胶塑料和橡胶碳纳米管碳纳米管超级塑料超级塑料超超级级计计算算机机一、材料的发展历程：一、材料的发展历程：石器石器陶器陶器青铜器青铜器钢铁的使用钢铁的使用合成材料的使用合成材料的使用新型材料的使用新型材料的使用原始社会原始社会火的发明火的发明商朝商朝春秋晚期春秋晚期100100多年前多年前2121世纪世纪(信息时代信息时代)标志着生产力的不断发展标志着生产力的不断发展二、新型材料：二、新型材料：指新出现或指新出现或正在发展中正在发展中的、具有的、具有优异特性优异特性和和功能功能并能并能满足技术进步满足技术进步所需的材料所需的材料 新型材料：新型材料：光电子信息材料光电子信息材料先进复合材料先进复合材料超级陶瓷材料超级陶瓷材料新型金属材料新型金属材料新型高分子材料新型高分子材料超导材料超导材料纳米陶瓷纳米陶瓷 记忆合金记忆合金人工器官、可降解材料、人工器官、可降解材料、高吸水性高分子高吸水性高分子 讨论讨论 :现在有些同学牙齿排列不整齐现在有些同学牙齿排列不整齐,你知道医你知道医学上是采取什么办法进行矫形的吗学上是采取什么办法进行矫形的吗?记忆合金材料记忆合金材料直接泼到纳米直接泼到纳米衬衫上的水和衬衫上的水和油污只是停留油污只是停留在衣服的表层，在衣服的表层，轻轻一掸就掉轻轻一掸就掉下去了，没有下去了，没有留下一点痕迹留下一点痕迹。国家节能高科技成果国家国家节能高科技成果国家“863863计划计划”项目项目由哈尔滨久天蓄能发光由哈尔滨久天蓄能发光科技有限公司负责开发的纳米节能灯科技有限公司负责开发的纳米节能灯将于明年初投入市场，纳米节能灯与将于明年初投入市场，纳米节能灯与现在使用的节能灯相比，节能提高了现在使用的节能灯相比，节能提高了30%30%。据了解，纳米节能灯的主要原料为据了解，纳米节能灯的主要原料为稀土，经烧解成为纳米粉，制作过程稀土，经烧解成为纳米粉，制作过程中再添加些镁等元素生产而成。家庭中再添加些镁等元素生产而成。家庭使用这种灯与现在节能灯相比，节能使用这种灯与现在节能灯相比，节能提高提高30%30%；纳米节能灯的使用寿命为；纳米节能灯的使用寿命为3 3万至万至5 5万小时，其亮度是现在节能灯万小时，其亮度是现在节能灯的的5 5到到1010倍，将有效节省电力资源，倍，将有效节省电力资源，为居民节省相关开支。为居民节省相关开支。纳米节能灯纳米节能灯设在马萨诸塞州的美国陆军士兵系统中心公布设在马萨诸塞州的美国陆军士兵系统中心公布了了“未来部队勇士未来部队勇士 ，“未来战士未来战士”的作战制的作战制服是高科技的结晶。它系由高科技纳米材料制服是高科技的结晶。它系由高科技纳米材料制成，该材料粒子在常态下就像能流动的金属一成，该材料粒子在常态下就像能流动的金属一样，而一旦遇到子弹或者弹片的冲击时，它们样，而一旦遇到子弹或者弹片的冲击时，它们彼此之间就会紧密地彼此之间就会紧密地“锁锁”在一起，使得一件在一起，使得一件看似柔软的制服能够迅速变成一套坚硬无比的看似柔软的制服能够迅速变成一套坚硬无比的盔甲。此外，制服距离士兵的身体留有盔甲。此外，制服距离士兵的身体留有3 3英寸英寸的空隙，这样可以更好地吸收外来冲击能量。的空隙，这样可以更好地吸收外来冲击能量。纳米军服纳米军服奇妙的碳纳米管奇妙的碳纳米管最近，科学家正在致力于一种新最近，科学家正在致力于一种新型纳米材料型纳米材料-碳纳米管的研究，这是碳纳米管的研究，这是一种非常奇特的材料，它是石墨中一一种非常奇特的材料，它是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状层或若干层碳原子卷曲而成的笼状 纤维纤维，内部是空的，外部直径只有，内部是空的，外部直径只有几到几十纳米。这样的材料很轻，但几到几十纳米。这样的材料很轻，但很结实。它的密度是钢的很结实。它的密度是钢的1/61/6，而强，而强度却是钢的度却是钢的100100倍。用这样轻而柔软、倍。用这样轻而柔软、又非常结实的材料做防弹背心是最好又非常结实的材料做防弹背心是最好不过的了。如果用碳纳米管做绳索，不过的了。如果用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月球挂到地球表面，而是唯一可以从月球挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索。如果用不被自身重量所拉断的绳索。如果用它做成地球它做成地球-月球乘人的电梯，人们月球乘人的电梯，人们在月球定居就很容易了。在月球定居就很容易了。在列车车轮旁边安装小型超导磁体，在列车向前行驶在列车车轮旁边安装小型超导磁体，在列车向前行驶时，超导磁体则向轨道产生强大的磁场，并和安装在时，超导磁体则向轨道产生强大的磁场，并和安装在轨道两旁的铝环相互作用，产生一种向上浮力，消除轨道两旁的铝环相互作用，产生一种向上浮力，消除车轮与钢轨的摩擦力，起到加快车速的作用。高温超车轮与钢轨的摩擦力，起到加快车速的作用。高温超导体在悬浮列车上应用的研究集中在日本。导体在悬浮列车上应用的研究集中在日本。3、超导材料、超导材料当某种材料在低于某一温当某种材料在低于某一温度时，度时，出现电阻为零的现出现电阻为零的现象即超导现象，象即超导现象，该温度即该温度即是临界温度（是临界温度（TcTc）。）。超导超导体是一种抗磁体，低于临体是一种抗磁体，低于临界温度时，超导体排斥任界温度时，超导体排斥任何试图施加于它的磁场，何试图施加于它的磁场，当钇钡铜氧（当钇钡铜氧（YBCOYBCO）超导材料被冷却到液氮温度（）超导材料被冷却到液氮温度（-196-196）时，就从正常态）时，就从正常态转变为超导态。由于悬浮车和轨道之间没有直接的接触磨擦，只要沿轨道方转变为超导态。由于悬浮车和轨道之间没有直接的接触磨擦，只要沿轨道方向给车体一个很小的推动力，悬浮车就将沿轨道延伸方向运动。如果轨道磁向给车体一个很小的推动力，悬浮车就将沿轨道延伸方向运动。如果轨道磁场非常均匀（没有磁阻尼的理想状态），且车体在封闭的真空环境中运动，场非常均匀（没有磁阻尼的理想状态），且车体在封闭的真空环境中运动，车的运动速度将不会衰减。车的运动速度将不会衰减。中国研制的超导悬浮车中国研制的超导悬浮车大堂灯光部分使用了光纤灯大堂灯光部分使用了光纤灯传输损失少，传输损失少，透光性强易于透光性强易于加工，耐久性加工，耐久性强发光部不发强发光部不发热，不通电只热，不通电只透可见光，几透可见光，几乎不透红外线乎不透红外线和紫外线和紫外线4、光纤材料、光纤材料光电信息功能材料是具有信息产生、传光电信息功能材料是具有信息产生、传输、转换、检测、存储、调制、处理和输、转换、检测、存储、调制、处理和显示等功能的材料。光电信息功能材料显示等功能的材料。光电信息功能材料不仅是现代信息社会的支柱，也是信息不仅是现代信息社会的支柱，也是信息技术革命的先导；光电信息功能材料的技术革命的先导；光电信息功能材料的研究是当代科学的前沿，具有多学科交研究是当代科学的前沿，具有多学科交叉的特点，是一个极富创新和挑战的领叉的特点，是一个极富创新和挑战的领域。域。光电信息功能材料光电信息功能材料5 5、我国化合物半导体材料进入生产阶段、我国化合物半导体材料进入生产阶段 这种材料广泛应用于电子对抗、精确制导、预警这种材料广泛应用于电子对抗、精确制导、预警探测等国防和民用领域。探测等国防和民用领域。6 6、德国制成坚硬耐高温超级陶瓷、德国制成坚硬耐高温超级陶瓷 据据世界报世界报报道，德国波恩的达姆施塔特技术大学报道，德国波恩的达姆施塔特技术大学研制成了一种集研制成了一种集坚硬和耐高温坚硬和耐高温两大优点于一体的超级陶两大优点于一体的超级陶瓷。这种新的陶瓷可耐高温瓷。这种新的陶瓷可耐高温16001600，广泛应用于发动机，广泛应用于发动机，汽轮机制造及航天航空工业上。制造这种超级陶瓷的，汽轮机制造及航天航空工业上。制造这种超级陶瓷的基础材料是一种以硅为基础的塑料，其晶体结构是由硅基础材料是一种以硅为基础的塑料，其晶体结构是由硅和氨原子交互而成。在进行高温处理后，这种材料就变和氨原子交互而成。在进行高温处理后，这种材料就变成了氮化硅和金刚砂的混合物，表面形成了一层氧化硅成了氮化硅和金刚砂的混合物，表面形成了一层氧化硅，可防止进一步的氧化。，可防止进一步的氧化。五代时期我国的陶瓷技术已登峰造极了，这时生产五代时期我国的陶瓷技术已登峰造极了，这时生产的陶器被誉为的陶器被誉为“青如天，明如镜，薄如纸，声如磐青如天，明如镜，薄如纸，声如磐”。美国美国“哥伦比亚哥伦比亚”号航天飞机的外壳，是由号航天飞机的外壳，是由3131，000 000 块金属陶瓷瓦片铺砌而成，经受了返回大气层时所产块金属陶瓷瓦片铺砌而成，经受了返回大气层时所产生的白热化高温的严竣考验。生的白热化高温的严竣考验。7 7、先进复合材料、先进复合材料F-22,F-22,先进复合材料占机体的先进复合材料占机体的40%40%，包括机翼、，包括机翼、整流片和机身，复合材料的应用大大减少了机整流片和机身，复合材料的应用大大减少了机身重量。雷达天线是用特殊合成材料制成的。身重量。雷达天线是用特殊合成材料制成的。8.8.新型金属新型金属材料材料“金金属塑料属塑料”中国科学院中国科学院物理研究所汪物理研究所汪卫华研究小组，卫华研究小组，他们研制出了他们研制出了一种集聚合物一种集聚合物塑料和金属特塑料和金属特点于一身的新点于一身的新型铈基非晶结型铈基非晶结构材料金构材料金属塑料。属塑料。这特性使得该材这特性使得该材料在很低的温度料在很低的温度下和很宽的温度下和很宽的温度范围内表现出类范围内表现出类似聚合物的超塑似聚合物的超塑性，比如它可在性，比如它可在开水中立即变软，开水中立即变软，因此可以在较低因此可以在较低的温度下很容易的温度下很容易地进行成型、弯地进行成型、弯曲、拉伸、压缩曲、拉伸、压缩和复印等变形处和复印等变形处理，形成各种不理，形成各种不同的形状；当温同的形状；当温度降到室温，它度降到室温，它又恢复了一般金又恢复了一般金属玻璃所具有的属玻璃所具有的高强度等优良的高强度等优良的力学和导电性能。力学和导电性能。高分子材料包括高分子材料包括塑料、橡胶、纤维塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和、薄膜、胶粘剂和涂料等。其中，被涂料等。其中，被称为现代高分子三称为现代高分子三大合成材料的塑料大合成材料的塑料、合成纤维和合成、合成纤维和合成橡胶已经成为国民橡胶已经成为国民经济建设与人民日经济建设与人民日常生活所必不可少常生活所必不可少的重要材料。的重要材料。一种用新型一种用新型高分子软质高分子软质材料制成的材料制成的“无毛牙刷无毛牙刷”在成都亮在成都亮相。这款新相。这款新型型“无毛牙无毛牙刷刷”只湿水只湿水不吸水，能不吸水，能阻止各种杂阻止各种杂物进入擦体物进入擦体内部。内部。9.9.新型高分子材料新型高分子材料炼炼钢钢棕色棕色气体气体氧化铁氧化铁回收炼钢回收炼钢一氧化碳一氧化碳化工原料或燃料化工原料或燃料炉渣炉渣矿渣水泥或磷肥矿渣水泥或磷肥热量热量水蒸气、发电水蒸气、发电工业工业“三废三废”废气废气废水废水废渣废渣燃料：燃料：原料：原料：“三废三废”:生产工艺生产工艺:三、材料制造与环境保护三、材料制造与环境保护煤、石油制品脱硫处理煤、石油制品脱硫处理,减少大气减少大气SOSO2 2污染。污染。提高原料的利用率提高原料的利用率不能任意排放不能任意排放“绿色工艺绿色工艺”。绿色话题绿色话题绿色食品绿色食品绿色旅游绿色旅游绿色装修绿色装修绿色工地绿色工地安全无公害，不使用化肥和农药安全无公害，不使用化肥和农药不破坏自然环境和文物设施不破坏自然环境和文物设施降噪、降尘降噪、降尘环保材料环保材料无毒无毒绿色行为绿色行为想一想生活想一想生活中我们可以中我们可以去做到哪些去做到哪些绿色行为绿色行为不用一次性筷子不用一次性筷子控制实验药品用量控制实验药品用量不用含氟冰箱不用含氟冰箱不用含磷洗衣粉不用含磷洗衣粉垃圾袋装，垃圾袋装，分类投放分类投放少用不可降解少用不可降解的塑料制品的塑料制品不吃野生动物不吃野生动物节电节水节电节水绿色化学绿色化学生产工艺无毒、安全、原子转化率高生产工艺无毒、安全、原子转化率高橡胶地砖橡胶地砖废旧轮胎废旧轮胎铺公路铺公路废旧轮胎铺裂解燃料油废旧轮胎铺裂解燃料油内蒙古塞飞亚集团是国内三大肉鸭养殖加工基地之一内蒙古塞飞亚集团是国内三大肉鸭养殖加工基地之一,年饲养加工年饲养加工肉鸭肉鸭1800万只万只,具有丰富的鸭类资源。该项目是以肉鸭养殖加工产具有丰富的鸭类资源。该项目是以肉鸭养殖加工产业为基础业为基础,以鸭粪便、屠宰废水为原料、以沼气热电联产为纽带、以鸭粪便、屠宰废水为原料、以沼气热电联产为纽带、以商品有机肥生产为驱动以商品有机肥生产为驱动,使一个生产过程中的废弃物转变为另一使一个生产过程中的废弃物转变为另一个生产过程的原料资源个生产过程的原料资源,实现粪便污水治理利用环能工程的产业化实现粪便污水治理利用环能工程的产业化运作运作,建设大型发酵罐建设大型发酵罐11个、个、150千瓦沼气发电机组千瓦沼气发电机组2台台,固液有机肥固液有机肥生产线各一条。可年处理养殖场鸭粪便生产线各一条。可年处理养殖场鸭粪便2万吨万吨,废水废水25万吨万吨,年生产年生产沼气沼气432万立方米万立方米,能发电能发电150万千瓦时万千瓦时,年产固液态高效复合肥年产固液态高效复合肥3万万吨吨材料制造与环境保护材料制造与环境保护 探究：怎样以铜为主要原料制备硫酸铜探究：怎样以铜为主要原料制备硫酸铜 CuCuSO4方案一方案一：Cu2H2SO4（浓）浓）CuSO4SO22H2O方案二方案二：2CuO22CuOCuOH2SO4CuSO4H2O方案三方案三：Cu2AgNO32AgCu（NO3）2Cu（NO3）22NaOHCu（OH）22NaNO3Cu（OH）2H2SO4CuSO42H2OCuH2SO4CuSO4CuCuOO2CuSO4H2SO4CuAgNO3Cu（NO3）2Cu（OH）2NaOHCuSO4H2SO4利用率低、会产生污染利用率低、会产生污染 可以利用可以利用 成本高、步骤繁锁成本高、步骤繁锁 原料的利用率、安全、操作简原料的利用率、安全、操作简便、产生的污染、制备成本等便、产生的污染、制备成本等方面方面 考虑因素：考虑因素：材料的发展材料的发展材料制造与材料制造与环境保护环境保护 新型材料新型材料材料的发展史材料的发展史“绿色绿色”新工艺新工艺三废的防治三废的防治