《2017高中化学 第三章 化学与材料的发展第一节 无机非金属材料(第2课时)课件 新人教版选修2》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2017高中化学 第三章 化学与材料的发展第一节 无机非金属材料(第2课时)课件 新人教版选修2(33页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、2020/1/6,1,第三章 化学与材料的发展,第一节 无机非金属材料,第2课时,新课标人教版高中化学课件系列,选修2 化学与技术,2020/1/6,2,教学目标,1、了解传统的硅酸盐工业的生产特点,知道其生产原理和产品的主要成分。 2、 能举例说明无机非金属材料的特点。 3、 讨论社会发展和科技进步对材料的要求,认识化学对材料科学发展的促进作用。,新型无机非金属材料,2020/1/6,3,定 义:,特 性:,种 类:,具有特殊结构和特殊功能(性质)的新材料。,能承受高温、强度大:氮化硅陶瓷(耐1200OC) 具有光学特性:光导纤维 具有电学特性:K3C60超导体 具有生物功能:如Ca3(PO
2、4)2系陶瓷,用 途:,氮化硅陶瓷,光导纤维,医学、日常生活、交通、通讯、机械、建筑 航空、航天等,二、新型无机非金属材料,新型无机非金属材料,2020/1/6,4,传统无机非金属材料与新型材料的比较,传统的硅酸盐材料优、缺点,优点:抗腐蚀、耐高温; 缺点:质脆、经不起热冲击。,新型无机非金属材料特性,承受高温,强度高。 具有光学特性。 具有电学特性。 具有生物功能。,新型无机非金属材料,2020/1/6,5,新型无机非金属材料的特性,(1).能承受高温、强度高。 例如:氮化硅陶瓷在1200左右的高温下,仍具有很高的强度,可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。,新型无机非金属材料,2020
3、/1/6,6,(2).具有电学特性,一些新型无机非金属材料可以作为半导体、导体、超导体等,一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。,新型无机非金属材料,2020/1/6,7,(3).具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光,有的能透过可见光,有的能使红外线、雷达射线穿过。,处于高温下的光导纤维,新型无机非金属材料,2020/1/6,8,(4). 具有生物特性。有些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水,对人体组织有较好的适应性,可直接植入人体内,用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼,已被应用在医疗上。,人造关节,新型无机非金属材料,2020/1/6,9,新 型 陶 瓷 材 料,习惯上把
4、陶瓷(ceramics)分为传统陶瓷和特种陶瓷。 传统陶瓷是以粘土、长石、石英等天然矿物为原料经烧结而成的。 特种陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超细微粒为原料特制而成。又称精细陶瓷、精密陶瓷。,新型陶瓷,2020/1/6,10,碳化硅SiC,俗称金刚砂。熔点高(2450),硬度大(9.2),是重要的工业磨料。如其中掺入某些杂质,会使之出现半导体,作为高温半导体,用于电热元件。作为高温结构陶瓷,日益受到人们的重视。它最适宜的应用领域是高温、耐磨和耐蚀的环境,现已用作火箭喷嘴,热电偶保护管,热交换器和耐磨、耐蚀的零件。,碳化硅制成的涡轮叶片,1、新型陶瓷,新型陶瓷,202
5、0/1/6,11,氮化硅陶瓷(Si3N4 ) 是灰白色固体,硬度为9,是最硬的材料之一。它的导热性好且膨胀系数小,可经受低温高温、骤冷骤热反复上千次的变化而不破坏,因此是十分理想的高温结构材料。,新型陶瓷,2020/1/6,12,科技人员发现,如果用耐高温的陶瓷,如氮化硅陶瓷等代替合金钢制造陶瓷发动机,其工作温度可达13001500。 美国军方曾做过一次有趣的实验:在演习场200米跑道的起跑线上,停放着两辆坦克,一辆装有500马力的钢质发动机,而另一辆装有同样马力的陶瓷发动机。陶瓷发动机果然身手不凡,那辆坦克仅用了19秒钟就首先到达终点,而钢质发动机坦克在充分预热运转后,用了26秒才跑完全程。
6、其奥秘就在于陶瓷发动机的热效率高,不仅可节省30的热能,而且工作功率比钢质发动机提高45以上。另外,陶瓷发动机无需水冷系统,其密度也只有钢的一半左右,这对减小发动机自身重量也有重要意义。,新型陶瓷,2020/1/6,13,氧化铝陶瓷,性 能,用 途,熔点高,坩埚、高温炉管,硬度大,刚玉球磨机,透明、耐高温,高压钠灯灯管,新型陶瓷,2020/1/6,14,高纯氧化铝透明陶瓷管,新型陶瓷,2020/1/6,15,高压钠灯,新型陶瓷,2020/1/6,16,交流,1、新兴陶瓷材料具有那些优良的性能? 2、碳化硅结构同硅相似,分析其可能的性质。 3、写出制取碳化硅、氮化硅的化学反应方程式。,SiO2+
7、3C=SiC+2CO 3Si+2N2=Si3N4 3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl,原子晶体,新型陶瓷,2020/1/6,17,功能陶瓷(functional ceramics)材料是以特定的性能或通过各种物理因素(如声、光、电、磁)作用而显示出独特功能的材料。,功能陶瓷,新型陶瓷,2020/1/6,18,TiO2、 ZrO2 、 LaCrO3 等高温电子陶瓷,用于制造电容器和电子工业中的高温高频器件。如BaTiO3类陶瓷用于制造温度传感材料;CdS、PbTiO3系陶瓷用于制造光敏传感材料;ZnO系陶瓷,SiC 、BaTiO3系陶瓷用于制造压力和振动传感材料等。,功能陶瓷的
8、用途:,新型陶瓷,2020/1/6,19,生物陶瓷是用于人体器官替换、修补,及外科矫形的陶瓷材料。主要包括羟基磷灰石、氧化铝、生物活性玻璃陶瓷等。,生物陶瓷材料,羟基磷灰石Ca10(PO4) 6(OH) 2陶瓷的 用途: 它具有良好的生物活性,能与人骨紧密结合。主要用于不承载的小型种植体(如耳骨),用金属支撑加强的牙科种植体。,新型陶瓷,2020/1/6,20,生物陶瓷人工听 小骨假体由羟基 磷灰石(HA)陶瓷 制成,表面具有 微孔,可使患者听力平均高2030dB,适用于慢性化脓性中耳炎患者作听小骨置换和鼓腊修复手术。自1989年以来已临床应用800多例,通过省级鉴定。,新型陶瓷,2020/1
9、/6,21,透明陶瓷和纳米陶瓷 一般陶瓷因为内部有杂质和气孔而不透明。用高纯度的原料可获得透明陶瓷。这些透明陶瓷不仅光学性能优异,而且耐高温,熔点一般都在 2 000以上。透明陶瓷的透明度、强度、硬度都高于普通玻璃。用透明陶瓷制造高压钠灯,发光效率比高压汞灯高一倍,使用寿命可达2万小时。,人们把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级,便得到了纳米陶瓷。纳米陶瓷成功地解决了陶瓷易碎的问题。纳米陶瓷还具有延展性,如室温下合成的Ti02 陶瓷可以弯曲,塑性、韧性好。,纳米氧化锆陶瓷颗粒,新型陶瓷,2020/1/6,22,单晶硅在日常生活中是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料。电视、电脑、
10、冰箱、电话、手表、汽车,处处都离不开单晶硅材料,单晶硅作为科技应用普及材料之一,已经渗透到人们生活中的各个角落。 单晶硅在火星上是火星探测器中太阳能转换器的制成材料。火星探测器在火星上的能量全部来自太阳光,探测器白天休息-利用太阳能电池板把光能转化为电能存储起来,晚上则进行科学研究活动。也就是说,只要有了单晶硅,在太阳光照到的地方,就有了能量来源。 单晶硅在太空中是航天飞机、宇宙飞船、人造卫星必不可少的原材料。人类在征服宇宙的征途上,所取得的每一步进步,都有着单晶硅的身影。航天器材大部分的零部件都要以单晶硅为基础。离开单晶硅,卫星会没有能源,没有单晶硅,航天飞机和宇航员不会和地球取得联系,单晶
11、硅作为人类科技进步的基石,为人类征服太空作出了不可磨灭的贡献。 单晶硅在太阳能电池中的应用高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天,利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能,实现了迈向绿色能源革命的开始。,现代信息基础材料单晶硅,2020/1/6,23,由硅石粗硅高纯多晶硅(纯度在9个“9”以上(99.9999999以上)单晶硅 (1) 粗硅的制备:又称工业硅,纯度在9599的硅(反应要点 高温16001800),(2)SiHCl3的制备 多用粗硅与干燥氯化氢在200以上反应:Si十3HCl=SiHCl3+H2,(3)精馏提纯后的SiHCl
12、3用高纯氢气还原得到多晶硅 SiHCl3十H2=Si十3HCl,2、现代信息技术材料-单晶硅,SiO2(s)十2C(s)Si(s)十2CO(g),现代信息基础材料单晶硅,2020/1/6,24,阅读:科学视野太阳能电池,现代信息基础材料单晶硅,2020/1/6,25,讨论,1.高压合成金刚石的局限性? 2.化学气相沉积法制造金刚石薄膜的原理是什么?,3.石墨、金刚石、C60新材料诞生新技术,石墨、金刚石和C60,2020/1/6,26,碳的三种同素异形体的比较,金刚石,石墨,C60,石墨、金刚石和C60,2020/1/6,27,注 意:,金刚石 石墨 C60 之间的关系?,碳的三种物质形态,石
13、墨、金刚石和C60,2020/1/6,28,碳的三种同素异形体的比较,石墨、金刚石和C60,2020/1/6,29,C60及其应用前景 C60的发现 1985年,美国科学家克罗托(H.W.K.kroto)等用质谱仪,严格控制实验条件,得到以C60为主的质谱图。由于受建筑学家布克米尼斯持富勒(BuckminsterFuller)设计的球形薄壳建筑结构的启发,克罗托(kroto)等提出 C60是由60个碳原子构成的球形32面体,即由12个五边形和20个六边形构成。其中五边形彼此不相连,只与六边形相连。随后将 C60分子命名为布克米尼斯持富勒烯(BuckminsterFuller)。由于C60分子的
14、结构酷似足球,所以又称为足球烯(Footballene)除C60外,具有封闭笼状结构的还可能有 C28、C32、C50、C70、C84、C240、C540等,统称为Fullerenes,中文译名为富勒烯。,石墨、金刚石和C60,2020/1/6,30,C60的超导性 1991年,赫巴德(Hebard)等首先提出掺钾C60具有超导性,超导起始温度为18K,打破了有机超导体(Et)2CuN(CN)2Cl超导起始温度为12.8K的纪录。不久又制备出Rb3C60的超导体,超导起始温度为29K。表1-1列出了已合成的各种掺杂C60的超导体和超导起始温度,说明掺杂C60的超导体已进入高温超导体的行列。我国在这方面的研究也很有成就,北京大学和中国科学院物理所合作,成功地合成了K3C60和Rb3C60的超导体,超导起始温度分别为8K和28K。有科学工作者预言,如果掺杂C240和掺杂C540,有可能合成出具有更高超导起始温度的超导体。,石墨、金刚石和C60,2020/1/6,31,人们对C60的研究还在继续,希望同学们加油,将来的某一天你也会在这方面获得巨大成功。,石墨、金刚石和C60,2020/1/6,32,科学视野 技术进步对化学研究的影响 P56,石墨、金刚石和C60,2020/1/6,33,小结,新型无机非金属材料,