【2012 精品课件】沪科版物理选修3-3 3．3　液晶与显示器和3．4　半导体材料和纳米材料

(共31张PPT)
【2012 精品课件】沪科版物理选修3-3 3．3　液晶与显示器和3．4　半导体材料和纳米材料
3．3　液晶与显示器

3．4　半导体材料和纳米材料
课标定位
学习目标：1.了解液晶的微观结构，知道液晶的主要性质及其应用．
2．知道什么是半导体，半导体的导电性与哪些物理因素有关及晶体二极管单向导电性的微观本质．
3．初步了解纳米、纳米技术、纳米材料的概念及纳米材料的种类和特性以及应用．
重点难点：1.液晶的微观结构及其性质．
2．晶体二极管单向导电性的微观解释．
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
3.4　
半导体材料和纳米材料
课前自主学案
课前自主学案
一、液晶的微观结构
1．通常，人们把介于______和______之间的中间态叫做液晶态，把处于液晶态的物质叫做液晶．
2．液晶既像液体那样具有_________，又像晶体那样具有___________．
3．不是所有物质都具有液晶态．通常棒状分子、 _____分子和_______分子的物质容易具有液晶态．
晶体
液体
流动性
各向异性
碟状
平板状
二、液晶的奇特效应
1．液晶具有两个熔点
将液晶加热，达到第一个熔点时，会变得________ ______，但达到第二个熔点时，又变得______了．
2．液晶的奇特效应
(1)有的液晶具有电光效应．一般情况下，分子呈有序排列，这种液晶看上去非常______,加上电场后，分子排列被扰乱，透射光或反射光的强度和方向都发生了变化，液晶就变得______了．去掉电场后，液晶又会呈透明状态．
完全不
透明
透明
透明
混浊
(2)有的液晶具有温度效应，在不同温度下能显示出不同的______，当温度逐渐升高时，这种液晶会按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序改变颜色；当温度降低时，又按__________改变颜色．
(3)有的液晶具有压电效应，当对这种液晶施加压力或撞击时，其两端会产生_______．
(4)有的液晶具有化学效应．
(5)有的液晶具有辐射效应．
颜色
相反顺序
电压
三、液晶的广泛应用
1．利用液晶的电光效应,可以制成____________．
2．利用液晶的______效应，可以探测温度．
四、半导体材料
1．半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，如硅、锗、砷化镓等,半导体的导电性能会随着一些物理因素的改变而改变,具有______特性、 ______特性和掺杂特性．
液晶显示器
温度
热敏
光敏
2．往单晶体硅中掺入少量的五价元素磷(或砷)，这些磷原子就会取代少数硅原子与周围的四个硅原子结合．这样，就多出了一个电子，成为自由电子，以自由电子参与的导电叫做半导体的__________，经掺杂后形成电子导电的半导体叫做n型半导体．
如果在硅中掺入的是三价元素硼(或铟)，那就会缺少一个电子，多出一个带正电的空穴，以______参与的导电叫半导体的空穴导电，经掺杂后形成空穴导电的半导体叫p型半导体．
电子导电
空穴
3．人们利用氧化、刻蚀、扩散等方法，把一个电子电路的所有元件按电路连接要求制作成一小块半导体硅片，这就是__________，也称芯片．
五、纳米材料
1．纳米是一个长度单位，1 nm＝_______m.纳米技术是指在纳米尺度(0.1～100 nm)上制造材料和器件的技术，实际上是______________而制造具有新分子结构的技术．
集成电路
10－9
重新排列原子
纳米材料的制备和研究则是纳米科学技术的基础，纳米材料有纳米金属材料、纳米磁性材料、纳米陶瓷材料、纳米医用材料等多种．
2．纳米材料具有许多奇特的效应．主要有：量子尺寸效应、小尺寸效应，表面和界面效应，宏观量子隧道效应．
纳米材料的奇特效应使纳米材料表现出不同于传统材料的良好性能.所以在各个领域内应用前景广阔．
核心要点突破
一、液晶的微观结构及特点
1．液晶态的分子排列
液晶分子既保持排列有序性(保持各向异性)，又可以自由移动，位置无序，因此也保持了流动性．即从某个方向上看液晶分子的排列比较整齐；但是从另一个方向看，液晶分子的排列是杂乱无章的，如某一种物质的固态、液晶态和液态的分
子排列如图3－3－1所示．我们看到，当该物质处于固态时，其分子排列相当整齐；当处于液态时，其分子排列较凌乱；液晶态则介于其间，其分子排列较松散(因此液晶具有流动性)，但又排列得有一定取向(因此液晶具有各向异性)．
固态、液晶态以及液态的分子排列示意图
图3－3－1
2．液晶的特点
液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体．
3．液晶的光学性质对外界条件的变化反应灵敏
液晶分子的排列是不稳定的，外界条件和微小变动都会引起液晶分子排列的变化，因而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异等，都可以改变液晶的光学性质．
如计算器的显示屏，外加电压使液晶由透明状态变为混浊状态．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1.关于液晶的分子排列，下列说法正确的是(　　)
A．液晶分子在特定方向排列整齐
B．液晶分子的排列不稳定，外界条件的微小变动都会引起液晶分子排列的变化
C．液晶分子的排列整齐而且稳定
D．液晶的物理性质稳定
解析：选AB.液晶分子的排列是不稳定的，外界条件的微小变动都会引起液晶分子排列的变化，从而改变其某些性质，例如：温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异性等，都可以改变液晶的光学性质，即物理性质，故A、B正确．
二、二极管单向导电性的原因
将n型半导体和p型半导体紧密接触，在接触面上会形成一个pn结．这样，便可组成一个晶体二极管．当对晶体二极管加上正向电压时，即把p型半导体接电源正极，n型半导体接电源负极时，n型半导体的电子受电场力而越过pn结，形成电流，二极管导通(图3－3－2甲)．当对晶体二极管加上反向电压时，电子在电场力作用下很难越过pn结，因而几乎没有电流产生，二极管截止(图3－3－2乙)．这就是晶体二极管具有单向导电性的微观机理．
晶体二极管单向导电性的微观机理
图3－3－2
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2.下列对晶体二极管单向导电性解释正确的是(　　)
A．由于用作半导体材料的硅是一种单晶体，而单晶体具有各向异性，所以晶体二极管具有单向导电性
B．由于在硅中掺入了少量的磷(或砷)，使物质的组成发生变化所致
C．由于硅中掺入三价元素硼后，缺少一个电子，多出一个带正电的空穴，而空穴不能自由移动，所以只靠电子定向移动导电，因此具有单向导电性
D．由于晶体二极管由pn结组成，加正向电压时，n型半导体的电子受电场力作用而越过pn结，形成电流，二极管导通；当加反向电压时，电子在电场力作用下很难越过pn结，因此表现出单向导电性
解析：选D.晶体二极管的单向导电性是由半导体中导电粒子能否在电场力作用下顺利通过pn结所决定的．
关于液晶，下列说法中正确的是(　　)
A．液晶是一种晶体
B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性
C．液晶的光学性质随温度的变化而变化
D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
课堂互动讲练
对液晶的认识
例1
【精讲精析】　液晶的微观结构介于晶体和液体之间，虽然液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，但分子的排列是不稳定的，选项A、B错误．
外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质．温度、压力、外加电压等因素变化时,都会改变液晶的光学性质，选项C、D正确．
【答案】　CD
【方法总结】　液晶分子的排列是不稳定的，外界条件(如温度、电场等)的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，因而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异等，都可以改变液晶的光学性质．
下面关于半导体的导电情况的说法正确的有(　　)
A．纯净的半导体像绝缘体一样不导电
B．半导体材料在导电性能上具有热敏特性、光敏特性和掺杂特性
C．依靠电子导电的半导体叫p型半导体
D．依靠空穴导电的半导体叫n型半导体
对半导体材料的认识
例2
【精讲精析】　纯净的半导体在极低的温度下是不导电的，但在较高的温度下，半导体的导电性能却大大提高，这个特性叫半导体的热敏特性，同样，在光照、掺杂等措施下，半导体的导电性能均得到大幅度提高，这分别称作光敏特性和掺杂特性，依靠电子导电的是n型半导体，依靠空穴导电的是p型半导体，所以只有B选项对．
【答案】　B
【方法总结】　掌握半导体材料的导电特点及影响半导体导电性能的因素是分析认识半导体性质的关键．
下列选项中是指纳米材料的小尺寸效应的是(　　)
A．纳米材料活性极高，极不稳定，很容易与其他原子结合
B．温度若低于某一临界温度，材料微观粒子的运动速度基本上与温度无关
C．当材料超细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物态
D．银的超细微粒在温度为1 K时，会由导体变为绝缘体
对纳米材料效应的认识
例3
【思路点拨】　根据纳米材料的常见效应分析判断．
【自主解答】　A是纳米材料的表面和界面效应；B是纳米材料的宏观量子隧道效应；D是纳米材料的量子尺寸效应．
【答案】　C
变式训练　纳米材料的奇特效应使纳米材料表现出不同于传统材料的良好性能，以下关于纳米材料的性能的说法中正确的是(　　)
A．在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性
B．在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多
C．在电学性能方面，纳米金属在低温时会呈现超导电性
D．在化学性能方面，纳米材料化学活性低，因此化学稳定性强
解析：选AB.在电学性能方面，纳米材料在低温会呈现电绝缘性；而在化学性能方面，纳米材料具有相当高的化学活性，故选项C、D错误．