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1、四、新材料及其应用答案：（1）109（2）0.1100 nm（3）体积（4）环境（5）温度1纳米材料（1）纳米（nm）：纳米是一种长度的单位，1 nm109m，是个非常小的单位，一般分子直径约为0.30.4 nm，蛋白质分子约为几十纳米。纳米尺度一般指0.1100 nm。“纳米尺度”与分子、原子尺度相近，即纳米科学可以实现操纵原子、分子，所以不仅可以改变物质的很多性质，也可以制造出微小尺度的设备。（2）纳米材料纳米材料统指制成材料的基本单元大小限制在1100 nm范围的材料。这大约相当于10100个分子紧密排列在一起的尺度。此时，它们的物理性质或化学性能与较大尺度时相比，发生了异常的变化。（3
2、）纳米材料的特性纳米材料除基本单元尺度小以外，在力、热、声、光、电、磁等性质发生了变化，而且有了辐射、吸收、催化、吸附等许多特殊的性能，如可以大大提高材料的强度和硬度，降低烧结温度，提高材料的磁性等。（4）纳米材料被应用到实际中有着神奇的效果：洗衣机桶的表面上用纳米尺度的氧化硅微粒和金属离子组合，就具有抑制细菌生长的功能。陶瓷易碎，而纳米陶瓷则既刚又韧，可以用来制作发动机零件；纳米纤维既不沾水又不沾油。用纳米技术做成的量子磁盘，每平方厘米面积内可以贮存3万部红楼梦。用纳米材料制成的导线将大大提高计算机的性能，并缩小计算机芯片的体积等。【例11】下列说法中正确的是（）A一般分子的直径大于1 nm
3、B纳米科学技术是纳米尺度即1 nm的科学技术C可以用纳米技术武装洗衣机，防止细菌滋生D纳米技术可以使陶瓷的硬度更大，但无法增大其韧性解析：A一般分子的直径约为0.30.4 nmB纳米科学技术是指纳米尺度（0.1100 nm）内的科学技术C洗衣机桶的表面上用纳米尺度的氧化硅微粒和金属离子组合，就具有抑制细菌生长的功能D纳米陶瓷既刚又韧，可以用来制作发动机零件答案：C辨误区 纳米材料与纳米技术纳米是一个长度单位，即1 nm是1 m的十亿分之一，纳米技术是一种科技，而纳米材料是在纳米技术前提下研究出的高科技材料，两者不能混淆。【例12】对纳米材料的理解下列说法正确的是（）A纳米材料有奇异的特性，在社
4、会生活中具有无所不能的功能B利用纳米技术可以大大提高材料的强度和硬度，降低材料的烧结温度C纳米材料是指的在纳米级的尺度空间中的材料，所以非常小D材料达到纳米级的颗粒时其物理化学性质并没有发生变化易错答案：A或C或D纠错剖析：解此题关键是理解纳米技术与纳米材料的区别。选项易错角度纠错剖析A纳米是一个长度单位，即1 nm109 m。纳米技术就是将物质通过复杂的纳米机器制成纳米粉体，以0.1100 nm为研究对象的前沿科学纳米材料是一种新型的材料，具有一些奇异和反常的性质，要正确理解与认识纳米材料。利用纳米技术可以大大提高材料的强度和硬度，降低材料的烧结温度等CD纳米材料除了其基本单元尺度小以外，当
5、物质达到纳米级时，它的理化性质都有变化，在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出一些奇异和反常的性质正确答案：B2“绿色”能源（1）能源是一种物质，这种物质能够提供能量。自然界存在多种能为人类提供生活、生产所需能量的能源，如煤、石油、天然气。常规能源的大量开发和利用，造成了环境污染与生态破坏，如何在开发和使用能源的同时保护好我们赖以生存的地球，已经成为一个全球性的重大课题，寻求各种高效和“绿色”新能源就成了人们的研究方向。（2）电池的发展以电源为例，传统的干电池具有轻便、简单的优点，但是只能用一次，丢弃后会污染环境；蓄电池能反复使用，但是太笨重了。锂离子电池，体积小、质量轻、能够多次充电，对环境
6、污染小，已经广泛应用于手机、小型摄像机等设备上。硅光电池能够把太阳能直接转换为电能，并且完全不会造成污染，是一种典型的“绿色”电源。最初的硅光电池是用单晶硅制造，面积只能做到几十平方厘米，近年开发的多晶硅和非晶硅材料，能制造出大面积的太阳能电池，发电效率高、成本下降，人造卫星的硅光电池板来为卫星提供所需要的电能。释疑点 “绿色”能源中的“绿色”的两层含义一是利用现代技术开发干净、无污染的新能源，如太阳能、风能、潮汐能等；二是化害为利，同改善环境相结合，充分利用城市垃圾淤泥等废物中所蕴藏的能源。新材料在这方面也扮演着重要的角色。【例2】下列关于几种电源的特点说法正确的是（）A干电池轻便、简单，能
7、重复使用且对环境无污染B铅蓄电池能反复使用，且携带方便C锂离子电池体积小，能反复使用且无任何污染D硅光电池能够把太阳能直接转换为电能，并且完全不会造成污染解析：A干电池不能反复使用，且抛弃后会产生严重的重金属污染B铅蓄电池质量很大，虽能反复充电使用，但携带不方便C锂离子电池体积小，能反复充电，但废弃电池也会产生污染D硅光电池是理想的电源，效率高无污染答案：D3记忆合金（1）了解记忆合金记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为“神奇的功能材料”。（2）记忆合金的物理特性记忆合金的主要成分是镍和钛，它独特的物理特性是：当温度达到某一数值时，材料内部的晶体
8、结构会发生变化，从而导致了外形的变化。此外，记忆合金还具有无磁性、耐磨耐蚀、无毒性的优点。科学家们现在已经发现了几十种不同记忆功能的合金，比如钛镍合金，金镉合金，铜锌合金等。（3）记忆合金在生活中的应用在家庭生活中，已开发的形状记忆阀可用来防止洗涤槽中、浴盆和浴室的热水意外烫伤。如果水龙头流出的水温达到可能烫伤人的温度（大约48 ）时，形状记忆合金驱动阀门关闭，直到水温降到安全温度，阀门才重新打开。记忆合金也可以制作成消防报警装置及电器设备的保安装置。当发生火灾时，记忆合金制成的弹簧发生形变，启动消防报警装置，达到报警的目的。还可以把用记忆合金制成的弹簧放在暖气的阀门内，用以保持暖房的温度，当
9、温度过低或过高时，自动开启或关闭暖气的阀门。【例3】科普展览会上有一种神奇的金属花，它的花瓣是用一种特殊的金属片形状记忆合金制成的（如图所示）。它具有记忆能力，制作时先将记忆合金制成的花瓣制成开放状态，然后在低温下将花瓣闭合。当灯光一照它会_，如_图（选填“左”或“右”），当关上灯它又会_，如_图（填“左”或“右”）。解析：记忆合金会“记住”某种温度下的形状，当温度达到当时的温度时会恢复其形状。此金属花制作时温度较高，花瓣是绽开的，温度较低时会闭合，当灯光照射时，温度升高花瓣便会绽开，关灯后温度降低花瓣会闭合。答案：绽开左闭合右4关于“绿色”能源的发展目前人类所消耗能源的70%来自矿物质（煤、
10、石油、天然气）的燃烧。随着社会的发展和人们生活水平的提高，对能源的需求量越来越大，而它对环境的影响也越来越大，且化石燃料也有枯竭之日。解决能源问题，一是要提高全民的节能意识，使用新技术、新材料。例如用稀土材料制成的高效节能灯，和白炽灯消耗相同电能的情况下，亮度是白炽灯的510倍，目前这种节能灯正广泛应用于家庭照明、城市照明等领域，节约了大量电能。二是要积极开发可再生的绿色能源，当前开发利用的新型绿色能源主要有：太阳能、核能、风能、潮汐能、地热能等。在这些能源的开发和利用中各种新材料起了至关重要的作用。【例4】垃圾发电填埋是目前全球垃圾处理的主要方式，传统的垃圾处理方式是将垃圾集中填埋，让其自行
11、发酵。在发酵过程中会产生二氧化碳和甲烷等废气，易造成常规污染，还可能带来温室效应，甚至有爆炸的危险。福州市红庙岭垃圾填埋气发电厂将垃圾填埋后，采用科学方法使其发酵，并把产生的填埋气收集起来用于发电。因此，垃圾填埋气和太阳能、风能一样，是一种可再生能源，不仅解决了垃圾填埋场安全和污染问题，也可产生显著的经济效益，同时减少温室气体的排放。目前，垃圾填埋气发电厂和前期投产的垃圾焚烧发电厂的年总发电量大约可供4万个年用电量为2 800千瓦时的家庭使用。（1）传统的垃圾填埋处理方法的缺陷有：_等。（2）将填埋气收集起来用于发电，是将这些垃圾的化学能最终转化为_能。垃圾填埋气是一种_能源。（3）请谈谈你在
12、节能减耗、环境保护方面做了哪些实事。（写出一点）解析：化害为利，同改善环境相结合，充分利用城市垃圾、淤泥等废物中所蕴藏的能源也是“绿色”能源的另一层含义。最后一问答案是开放的，从生活中的经验出发即可。答案：（1）易造成常规污染，还可能带来温室效应，甚至有爆炸的危险（2）电可再生（3）每次都是将生活垃圾放入垃圾箱；不开无人灯等。5记忆合金的应用（1）记忆合金有三类记忆效应：单程记忆效应形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。双程记忆效应某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。全程记忆效应加热
13、时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。（2）记忆合金在其他领域的应用：记忆合金在航空、航天领域内的应用有很多成功的范例。例如记忆合金用于制造探索宇宙奥秘的月球天线，人们利用形状记忆合金在高温环境下制作好天线，再在低温下把它压缩成一个小铁球，使它的体积缩小到原来的千分之一，这样很容易运上月球，太阳的强烈辐射使它恢复原来的形状，按照需求向地球发回宝贵的宇宙信息。【例5】科学家发现某种合金具有“形状记忆功能”：如果在较低温度时将它弯曲成某一形状，然后加热到较高温度时再弯曲成另一形状；那么当降到原来较低温度时，它会自行恢复到低温时的形状。现用它制成如图装置：在可
14、绕圆心O转动的均匀轻质圆盘上安装了一个用形状记忆合金做成的螺旋圈，它们在温度低时收紧，在温度高时放松。实验表明：当把该圆盘的下半部分浸在盛有一定量热水的水槽中时，只要给圆盘一个起始转动的力，圆盘就能克服摩擦和水的阻力连续转动起来。（1）上述装置能永远转动下去吗？为什么？_。（2）发挥你的想象力，提出一个巧妙应用形状记忆合金的设想（参照示例，另举1例）。示例：用形状记忆合金制作一个“保险丝”，安装在电器内易发热物体附近，当温度过高时，记忆合金就恢复到它高温时的形状，断开电路，防止电器过热。设想：（所提的设想应是制作“保险丝”以外的）_。解析：（1）从题目中可以看出，此记忆合金受热时能恢复原状，当水的温度最终降低到和周围的环境一样，变成冷水时，它也就不能转动了；（2）这是个开放性问题，只要所提出的设想能反映记忆合金的特点，并具有一定优越性的都可以。答案：（1）不能因为水温度降低时弹簧不再伸长（2）记忆合金弹簧安装在热水器的阀门中，当温度升高时，弹簧伸长而关闭阀门，防止被热水烫伤。
