2.6 新材料 课件（31张PPT）

(共31张PPT)
第二章 气体、液体和固体
粤教版 选择性必修三
第六节 新材料
知识回顾
物体
气体
液体
固体
晶体
盖—吕萨克定律
气体实验定律
理想气体状态方程
玻意耳定律
查理定律
毛细现象
表面张力
浸润与不浸润
非晶体
单晶体
多晶体
热气球
打气泵
测定肺活量等
防水布料
酒精灯等
液晶显示屏
气态、液态和固态是最常见的三种物质形态，这些不同形态物理材料的应用，对人类社会的发展起到了重大的推动作用。
历史学家们根据人类使用的材料来划分时代：
每一次新材料的开发和使用，都标志着人类社会生产水平的一大跨越，都推动人类社会迈上新的台阶。
01
半导体材料
02
纳米材料
03
超材料
CONTENTS
Part 01
半导体材料
半导体到底是什么？
知识回顾
1. r < 10 –6 W m 的物体叫做导体。
2. r > 10 5 W m 的物体叫做绝缘体。
3.导电性能介于导体和绝缘体之间的物体叫做半导体。
半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间，电阻率随温度的升高而减小，导电性能由外界条件所控制，如改变温度、光照、掺入微量杂质等。
导体、绝缘体、半导体
典型半导体材料：硅、锗、砷化镓等
导体
绝缘体
半导体
手机集成了光线、距离、重力、加速度、磁场、指纹等十几种传感器，以及多个功能模块以支持通话、上网、导航、拍照等各种功能。
电子及电子元器件的高度集成，使得各种功能组件小型化、微型化成为可能。
手机
平板电脑
笔记本电脑
台式主机
智能手表
空调
扫地机器人
洗衣机
二极管
芯片
光/热生伏特效应
光伏材料——太阳能发电
热电材料——航天探测器
Part 02
纳米材料
二、纳米材料
纳米尺度：
纳米材料即三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(1-100 nm)的材料。
将某些物质的尺度加工到1-100nm时，它的物理性质和化学性质与较大尺度相比，发生了异常的变化，具有一些特殊的用途。
（一）纳米材料的特点
1.防水防油
荷叶的自洁效应
用纳米技术制作的衣服
具有防污等多种功效
纳米陶瓷粉制成
纳米陶瓷刀摔不坏
普通陶瓷盘
2.强度高和韧性大。
（一）纳米材料的特点
碳纳米管
强度高：约为钢的100倍
自重轻：密度是钢的1/6
具有良好的柔韧性，可弯曲
3.吸附性强
纳米材料通常对光和物质具有更好的吸收和吸附性。
（一）纳米材料的特点
1.防水防油——荷叶的自洁效应。
2.强度高和韧性大
3.吸附性强 ——碳纳米管可以大量吸附氢气。
碳纳米管自身重量轻，中空结构可作为储氢的优良容器，储存的氢气密度甚至比液态或固态氢气还高。
研究表明：常温常压下约2/3的氢气能从碳纳米管中释放。
据预测，对于正在研制的氢气汽车，只需携带1.5升左右的碳纳米管，就可以行驶500公里。（普通燃油汽车需消耗油量约80升）
不确定因素：氢气不纯易爆炸，密封性与氢气纯度有待考究。
3.吸附性强
纳米材料通常对光和物质具有更好的吸收和吸附性。
（一）纳米材料的特点
1.防水防油——荷叶的自洁效应。
2.强度高和韧性大
4.纳米材料能改变材料的表面活性和生物活性。
4.纳米材料能改变材料的表面活性和生物活性。
(1)生活上:可以用来制造冰箱、洗衣机、空调等电器的内壁或外壳，有效防止微生物的滋生，从而不留异味、易于清洗。
空调
洗衣机
冰箱
纳米抗菌奶瓶
普通奶瓶
将银纳米化，使银的杀菌能力飞跃
洗衣机桶表面上用了纳米尺度的氧化硅微粒与金属离子的组合
4.纳米材料能改变材料的表面活性和生物活性。
(2)军事上:将纳米材料涂装在飞机上，能对雷达起到很强的隐身作用。
（一）纳米材料的特点
(3)医学上:以纳米磁性材料为载体的靶向药物，可用于血癌、血栓等各种疾病的诊断与治疗。
雷达隐身战机
以纳米磁性材料为载体的靶向药物
（一）纳米材料的特点
特点 应用
防水防油 防水膜、防水衣、防水手机
强度高和韧性大 陶瓷刀、防弹衣
吸附性强 利用碳纳米管制造储氢容器
能改变材料的表面活性和生物活性 制造电器外壳或内壁，有效防止微生物滋生；
雷达隐身飞机；制作靶向药物
Part 03
超材料
三、超材料
一般定义为具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构的复合材料，是将人造单元结构以特定方式排列形成的，具有特殊电、磁特征的人造结构材料。
典型超材料：左手材料、光子晶体、超磁性材料等。
（一）左手材料
左手材料是一种介电常数和磁导率同时为负值的材料。电磁波在其传播时，由于波矢、电场和磁场符合左手定则，因此被称为“左手材料”。
左手定则
右手定则
左手材料可用于制造高指向性天线，用于聚焦微波波束，实现“完美透镜”，或用于电磁波隐身及制造各种新型微波器件。
左手材料的负折射现象
（二）光子晶体
光子晶体能使某一频率范围的电磁波不能在其内部传播，可用于控制光子的流动，制造光子晶体光纤、光子晶体微带天线等。
四、新材料的分类
新材料根据其功能和结构可以分为有机材料、合成无机材料、复合材料以及人工超结构材料等。
新材料
半导体
纳米材料
超材料：
导电性可以通过掺杂来控制
光/热生伏特效应
防水防油
强度高和韧性大
吸附性强
能改变材料的表面活性和生物活性
具有特殊电、磁特征
课堂小结