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1、高三科学第八章,材料与社会进步 教学建议,精选课件ppt,1,本章教材结构,从传统陶瓷到先进陶瓷 从普通金属到新型金属 复合材料与复合新观念 半导体材料及其对社会信息化的贡献 纳米材料与按需设计材料的新思想,精选课件ppt,2,本章教材的核心内容和教学目标,了解先进陶瓷、新型金属、复合材料、半导体材料和纳米材料等新材料，是科学与技术结合的典范，具有巨大的社会和经济效益，是现代社会的重要物质基础。 树立以下观念 ：新材料的发展与科学进步、社会需求紧密相联 ；科学以及社会经济的发展是推动新材料发展的原动力 ；新材料技术会极大影响经济、国防、科学发展和我们的日常生活 了解材料的发展趋势 ，了解复合的
2、新观念和按需设计的新思想,精选课件ppt,3,本章课时分配建议,节次 内容 课时 第一节 从传统陶瓷到先进陶瓷 1课时 第二节 从普通金属到新型金属 1课时 第三节 复合材料与复合新观念 1课时 第四节 半导体材料及其对社会信息化的贡献 1课时 第五节 纳米材料与按需设计材料的新思想 1课时 调查和探究 1-2课时 总计 6-7课时,精选课件ppt,4,第一节 从传统陶瓷到先进陶瓷,教学目标 了解传统陶瓷与先进陶瓷在结构、原料、工艺上的区别； 了解先进陶瓷的优良性能以及与社会进步的关系；树立陶瓷材料的发展与科学进步、社会需求紧密相联的观念。 了解陶瓷材料发展的基本过程,精选课件ppt,5,教材
3、分析和教学建议,陶瓷材料下的定义为：经高温热处理工艺合成的无机非金属材料 。区别于陶器、瓷器、玻璃、水泥等硅酸盐材料，也区别于单晶硅材料 。 发明陶器的历史意义 ，教材中提出的陶瓷的发展，最主要是指陶器到瓷器的发展 用现代科学理论对传统陶瓷的工艺和内部结构进行分析的结果，,精选课件ppt,6,先进结构陶瓷的结构：提高陶瓷中晶态的比例，降低玻璃态的含量和排除气孔 先进结构陶瓷的功能：以陶瓷发动机为例 先进功能陶瓷的原理：以湿度传感功能和压电功能的陶瓷材料为例 先进功能陶瓷的应用：以压电陶瓷为例 陶瓷材料发展过程中的三次飞跃 ：陶器到瓷器 ，传统陶瓷到先进陶瓷 ，先进陶瓷到纳米陶瓷 教学参考资料：
4、传统陶瓷和先进陶瓷的化学组成 ；碳化硅(SiC) 、氮化硅（Si3N4）和二氧化硅（SiO2）晶体结构的比较;为什么在西藏高原上不能使用压电陶瓷的打火机 ;,精选课件ppt,7,从普通金属到新型金属,教学目标 了解形状记忆合金、金属晶须材料、非晶态合金等新型金属 初步学会从微观结构的角度思考新型金属的发展,精选课件ppt,8,教材分析和教学建议,着重介绍了形状记忆合金、金属晶须材料、非晶态合金等三种新型金属,从金属微观结构的角度来理解新型金属发展的方向 形状记忆合金 :形状记忆合金的原理和运用; 发现过程和体验科学探究的要素 金属晶须材料:对比完美晶体和实际晶体的区别,金属晶须的巨大经济和环境
5、效益。 非晶态合金 :和普通金属、普通玻璃相比较 非晶态合金具有许多特殊的 优良性能。,精选课件ppt,9,复合材料与复合新观念,教学目标 了解常见的树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料的基本组成、性能和用途 了解复合材料的基本组成和复合新观念,精选课件ppt,10,教材分析和教学建议,复合的新观念 ：有意识地根据需要，选择特定的具有粘结保护特性的基体材料与特定的增强材料实现功能性的复合 复合材料的主要组成 ：基体和增强材料 树脂基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 复合方式主要分无序复合和有序复合,精选课件ppt,11,半导体材料及其对社会信息化的贡献,教学目标 了解半导体材
6、料的主要特征和制取单晶硅的的过程 了解半导体材料发展过程以及对社会信息化的贡献 了解半导体材料对发展绿色能源的贡献,精选课件ppt,12,教材分析和教学建议,向学生介绍半导体的主要特征和制取单晶硅的过程主要是为了帮助学生理解单晶硅今后的发展方向以及面临的困难。 让学生理解单晶硅的直径与“摩尔定律”之间的关系，并让学生了解硅集成电路线宽的“物理极限”和突破“物理极限”的发展方向。 在硅太阳能电池的阅读中，让学生了解工作原理和硅太阳能电池在发展绿色能源中的重要作用，在这部分教学时，可以组织学生讨论硅太阳能电池的现在和发展前景。,精选课件ppt,13,教学参考资料,单晶硅的结构 单晶硅与晶体管 单晶
7、硅与集成电路,精选课件ppt,14,纳米材料与按需设计材料的新思想,教学目标 了解纳米材料的结构特点和特殊效应 了解制取纳米颗粒的一些方法 了解按需设计的新思想 了解发展纳米材料的重大意义,精选课件ppt,15,教材分析和教学建议,纳米材料定义：通常由直径为纳米数量级的纳米颗粒压缩而成。 纳米：10-9m，也就是我们通常说的接近原子、分子水平 ，原子半径一般在0.1纳米（1埃）左右 。一般材料中颗粒的数量级是微米数量级10-6m 通常纳米颗粒是指它的直径范围为0.1nm-100nm,精选课件ppt,16,纳米颗粒的特殊结构：在纳米数量级时，材料的表面积大，颗粒中的15%-50%的原子都处在颗粒
8、的表面，而在表面的原子和处于里面的原子在性能上有许多不同。 纳米材料具有许多特殊的性质 ：不要求学生知道具体的四大效应：即小尺寸效应、量子效应（含宏观量子隧道效应）、表面效应和界面效应。,精选课件ppt,17,表面与界面效应,纳米颗粒越小，它的表面积就越大 同样，纳米颗粒直径越小、界面原子数量越大，界面能越高，使处于界面的原子数越来越多，这极大增强了纳米粒子的活性 与界面状态有关的吸附、催化、扩散、烧结等物理、化学特性也将显著变化 (纳米二氧化钛在室温下压缩就已经结合得很好，而在500以上就很快地密集，其硬度相当于普通陶瓷在1100下烧结的硬度 ),精选课件ppt,18,量子尺寸效应,指当粒子
9、尺寸极小时，电子能级将由准连续态分裂为分立能级的现象 出现反常现象。例如金属都是导体，但纳米金属颗粒在低温时，由于量子尺寸效应会呈现绝缘性 电子具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸大概已达013-0.09微米,进一步达0.07-0.01微米 既70-10纳米。,精选课件ppt,19,小尺寸效应,随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。 当黄金、银被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而
10、呈黑色。事实上，所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑。可高效率地将太阳能转变为热能、电能 。可应用于红外敏感元件、红外隐身技术等,精选课件ppt,20,固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低 ，银的常规熔点为670，而超微银颗粒的熔点可低于100。因此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结。 人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘。 由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相
11、当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性,精选课件ppt,21,一些微粒的大小和换算,1m(微米 10-6m) 1nm(纳米 10-9m) 1埃（1）=10-10m=0.1nm 银原子（Ag）的直径（金属直径： 2.89埃() 胶体中分散质颗粒的直径大小在10-9m（1nm） 10-7m（100nm）之间,精选课件ppt,22,阅读纳米颗粒的制取,理解为什么从气态、溶液、胶体出发来制取纳米颗粒 在气态、溶液、胶体状况下，微粒都小于或在纳米数量级范围内，在一定条件下，有可能获得纳米颗粒 不要求学生记住具体的工艺方法,精选课件ppt,23,材料“按需设计”的思
12、想,只有当人们对材料的认识达到纳米数量级或接近原子、分子水平时才可能实现 材料合成和制备：实现对基本单元在原子和分子级上的控制，然后把它们组装成应用于实际的纳米材料 开发研制纳米器件和系统组装，操纵和制造新的器件，并进行系统集成和组装,精选课件ppt,24,对材料发展的总结,人类文明的标记： 石器、青铜器、铁器时代 天然材料烧结材料 合成材料 复合材料、智能材料、纳米级按需设计的材料,精选课件ppt,25,问题与探究（对于材料发展趋势的预测）,我国科学界对21世纪新材料发展的展望 （15条） 你对我国未来20年新材料的发展有什么想法，你估计在以上十五个方面获得突破会给我国经济、社会和生活带来什么影响，你准备对未来20年新材料的发展作出什么贡献。,精选课件ppt,26,此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！,
