2.3 材料科技与人类文明 教案

2.3
材料科技与人类文明
教案1
一、教学目标
【知识与技能】
1．知道材料的各类和用途
2．知道新材料及其应用
【过程与方法】
通过查阅材料、上网等方式了解与本部相关的液晶和广泛应用及半导体材料和纳米材料的应用。
【情感、态度与价值观】
展望新材料带来的广阔前景，激发学生的学习热情和创新意识，为材料的明天而努力
二、教学过程
先让学生用10分钟的时间阅读本节内容。
材料通常是人们扬幡招魂各种物品所用的物质，一般指固体，每一种材料都有自己的特性，按照不同分类标准可以把材料分为不同的种类不同的材料由于特性不同，所以用作也就不同。
（一）材料的分类
1．按材料特性分为：结构材料和功能材料
2．按应用领域分为：信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等
3．按习惯分为：
（1）金属材料，一般包括金属与合金
（2）无机非金属材料，主要是陶瓷和玻璃等
（3）有机高分子材料，由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素的有机化合物构成的材料，之所以称为高分子，就是因为它们的相对分子质量较大。天然高分子材料有木材、棉花、羊毛、贝壳等；人工高分子材料包括塑料、合成橡胶、合成纤维、胶黏剂和涂料等。
讨论：观察生活中的物品，分析一下它们是用什么材料制造的，特点是什么？
（4）复合材料，由以上几类不同材料通过复合工艺组合成的新型材料
（二）新材料
材料科学是研究材料的制造、结构与性能三者之间相互关系的科学。
1．发生形变后几乎能100%恢复原状的材料称为形状记忆合金
形状记忆合金“尼特隆”，是一种含镍55%，含钛45%的合金，这种合金的“回忆”-“变形”本领可以反复使用500万次，在工程机械、航空航天、医疗卫生等领域都得到了广泛应用。
2．半导体材料：半导体是具有优异特性的微电子材料，主要是硅和砷化镓。从导电发到性能上看，其电阻率介于金属导体和绝缘体之间。
3．力、热、声、光、磁等方向的某些性能会发生突变的纳米材料，其颗粒在1~100nm之间的材料。
纳米是长度单位，1nm
=
×10-9m。
4．材料、信息和能源被
当今国际社会公认为现代文明的三大支柱。
三、问题探究
1．纳米材料有哪些奇特效应？
量子尺寸效应：如银的超细微微粒在温度为1K时，会由导体变为绝缘体。
小尺寸效应：如当材料超细微微粒的尺寸与光波波长相当或更小时，将由超导状态变为正常状态。
表面和界面效应：如纳米材料活性极高，极不稳定，很容易与其他原子结合。
宏观量子隧道效应：如低于某一临界温度时，其微观粒子的运动速度基本上与温度无关。
2．用_________________的铆钉，是在常温（或工作温度）下把铆钉做成铆接后的形状；然后降温并将两脚拉直，使之能顺利插入铆钉孔；插入后让温度回升，铆钉恢复原状，完成铆接。
形状记忆合金制造
3．查阅有关资料，纳米材料在力学、热学、电学、磁学、光学、化学等方面有哪些良好性能？
力学性能：具有高强、高硬和良好的塑性；
热学性能：超细微微粒的熔点比常规粉体低得多
电学性能：在低温时会呈现电绝缘性
磁学性能：当超细微微粒的尺寸小到临界尺寸时，常规的铁磁性材料会转变为处于顺磁性甚至超顺磁状态的纳米材料
光学性能：半导体材料在室温下具有光致发光特性、光电转换特性、介电特性和压电特性
化学性能：具有相当高的化学活性
四、研究性学习任务
上网查找纳米技术的发展。