高二-粵教版-物理-選擇性必修三-第二章《新材料》課件

高二—粵教版—物理—選擇性必修三—第二章

新材料知識回顧物體氣體液體固體晶體蓋—呂薩克定律氣體實驗定律理想氣體狀態(tài)方程玻意耳定律查理定律毛細現(xiàn)象表面張力浸潤與不浸潤非晶體單晶體多晶體熱氣球打氣泵測定肺活量等防水布料酒精燈等液晶顯示屏

氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)是最常見的三種物質形態(tài)，這些不同形態(tài)物理材料的應用，對人類社會的發(fā)展起到了重大的推動作用。

歷史學家們曾經根據(jù)人類使用的材料把古代史劃分為石器時代、陶器時代、銅器時代和鐵器時代。

每一次新材料的發(fā)現(xiàn)與利用都極大地推動了人類社會的發(fā)展。

直到今天各種新材料的涌現(xiàn)，每一次進步都標志著人類社會生產水平的一大跨越。每一次新材料的開發(fā)和使用，都推動人類社會邁上新的臺階。

ENIAC(電子數(shù)字積分計算機）

世界上第一臺通用計算機

長30.48m，寬6m，高2.4m

占地面積約170平方米

有30個操作臺，造價48萬美元

17468根真空管（電子管)7200根晶體二極管計算速度為每秒5000次加法

華為公司2019年推出的麒麟9905G手機芯片，在手指甲蓋大小的地方，集成了103億個晶體管，運算速度達到每秒萬億次。基礎知識基礎知識ENIAC(電子數(shù)字積分計算機）麒麟9905G手機芯片生產時間1946年2019年占地面積集成數(shù)量計算速度5000次加法/秒或400次乘法/秒半導體基礎知識手機手機平板電腦筆記本電腦臺式主機智能手表空調掃地機器人洗衣機基礎知識手機二極管芯片老式收音機半導體到底是什么？基礎知識基礎知識導體基礎知識絕緣體一、半導體：指常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料。

基礎知識一、半導體：指常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料。

基礎知識純凈的半導體：本征半導體

典型半導體材料：硅、鍺、砷化鎵等(一）特點：1.半導體的導電性可以通過摻雜來控制基礎知識本征半導體基礎知識五價磷原子自由電子（-）N型半導體：自由電子濃度大于本征半導體三價硼原子空穴（+）P型半導體：空穴濃度大于本征半導體基礎知識P型半導體N型半導體P型-N型二極管P-N結（單項導電性）單晶硅錠圓晶片圓晶片制成的集成芯片一個集成芯片基礎知識基礎知識基礎知識NE555芯片內部，顯微鏡下基礎知識老式收音機基礎知識老式收音機半導體收音機電子管收音機體積小體積大耗電少耗電多壽命長壽命短基礎知識

手機集成了光線、距離、重力、加速度、磁場、指紋等十幾種傳感器，以及多個功能模塊以支持通話、上網、導航、拍照等各種功能。

電子及電子元器件的高度集成，使得各種功能組件小型化、微型化成為可能?；A知識2.光/熱生伏特效應

基礎知識吸熱或光照產生電子-空穴對自由電子向N區(qū)運動空穴向P區(qū)運動可測試的電壓2.光/熱生伏特效應

基礎知識典型案例二、納米材料

納米材料即三維空間中至少有一維處于納米尺寸(1-100nm)的材料?；A知識

將某些物質的尺度加工到1-100nm時，它的物理性質和化學性質與較大尺度相比，發(fā)生了異常的變化，具有一些特殊的用途。用納米技術制作的衣服具有防污等多種功效未來可實現(xiàn)納米機器人清理人體內的病變細胞典型案例（一）納米材料的特點

1.防水防油——荷葉的自潔效應。防水荷葉的自潔效應基礎知識典型案例納米陶瓷粉制成納米陶瓷刀摔不壞普通陶瓷盤

2.強度高和韌性大?；A知識（一）納米材料的特點

碳納米管強度高：約為鋼的100倍自重輕：密度是鋼的1/6具有良好的柔韌性，可彎曲

2.強度高和韌性大石墨烯黑金

新材料之王預言“徹底改變21世紀”的材料典型案例

3.吸附性強

納米材料通常對光和物質具有更好的吸收和吸附性?；A知識（一）納米材料的特點

3.吸附性強

——碳納米管可以大量吸附氫氣。

碳納米管自身重量輕，中空結構可作為儲氫的優(yōu)良容器，儲存的氫氣密度甚至比液態(tài)或固態(tài)氫氣還高。

研究表明：常溫常壓下約2/3的氫氣能從碳納米管中釋放。

據(jù)預測，對于正在研制的氫氣汽車，只需攜帶1.5升左右的碳納米管，就可以行駛500公里。（普通燃油汽車需消耗油量約80升）不確定因素：氫氣不純易爆炸，密封性與氫氣純度有待考究。典型案例

4.納米材料能改變材料的表面活性和生物活性。(1)生活上:可以用來制造冰箱、洗衣機、空調等電器的內壁或外殼，有效防止微生物的滋生，從而不留異味、易于清洗?；A知識（一）納米材料的特點典型案例納米抗菌奶瓶普通奶瓶將銀納米化，使銀的殺菌能力飛躍洗衣機桶表面上用了納米尺度的氧化硅微粒與金屬離子的組合

4.納米材料能改變材料的表面活性和生物活性。(2)軍事上:將納米材料涂裝在飛機上，能對雷達起到很強的隱身作用?；A知識（一）納米材料的特點(3)醫(yī)學上:以納米磁性材料為載體的靶向藥物，可用于血癌、血栓等各種疾病的診斷與治療。

雷達隱身戰(zhàn)機以納米磁性材料為載體的靶向藥物軍事上醫(yī)學上典型案例三、超材料

一般定義為具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構的復合材料，是將人造單元結構以特定方式排列形成的，具有特殊電、磁特征的人造結構材料。典型超材料：左手材料、光子晶體、超磁性材料等?；A知識

基礎知識（一）左手材料

左手材料是一種介電常數(shù)和磁導率同時為負值的材料。電磁波在其傳播時，由于波矢、電場和磁場符合左手定則，因此被稱為“左手材料”。

典型案例

左手材料可用于制造高指向性天線，用于聚焦微波波束，實現(xiàn)“完美透鏡”，或用于電磁波隱身及制造各種新型微波器件。左手材料的負折射現(xiàn)象

基礎知識（二）光子晶體

光子晶體能使某一頻率范圍的電磁波不能在其內部傳播，可用于控制光子的流動，制造光子晶體光纖、光子晶體微帶天線等。

基礎知識四、新材料的分類

新材料根據(jù)其功能和結構可以分為有機材料、合成無機材料、復合材料以及人工超結構材料等。

然而，它們在分類上可能有交叉。典型案例材料特點分類太陽能電池材料具有人工異質結構人工超結構材料中的納米材料；新性能復合材料；無機功能新材料半導體材料吸光層為納米級別課堂總結新材料半導體納米材料超材料：導電性可以通過摻雜來控制光/熱生伏特效應防水防油強度高和韌性大吸附性強能改變材料的表面活性和生物活性具有特殊電、磁特征課堂到此結束，謝謝大家的觀看！高二—粵教版—物理—選擇性必修三—第二章

新材料答疑半導體N型半導體的自由電子多余本征半導體的自由電子，所以N型半導體本身帶負電？N型半導體是指在本征半導體（純凈半導體）中摻雜價電子大于4的原子（如5價磷原子）時的半導體。

雖然自由電子數(shù)增加，但N型半導體中正電荷量與負電荷量相等，故N型半導體呈電中性。錯誤納米材料的特點同種物質，當它以納米材料的形態(tài)出現(xiàn)時，其物理性質可能會有很大的不同？正確特點應用防水防油防水膜、防水衣、防水手機強度高和韌性大陶瓷刀、防彈衣吸附性強利用碳納米管制造儲氫容器能改變材料的表面活性和生物活性制造電器外殼或內壁，有效防止微生物滋生；雷達隱身飛機；制作靶向藥物納米材料的應用納米材料在大自然中也有很多的應用，請問同學說是否知道大自然是如何巧妙應用納米材料的？（舉例說明）特點自然現(xiàn)象防水防油具有自我清潔能力的荷葉強度高和韌性大堅硬的貝殼類、甲蟲的角質層吸附性強吸附力極強的壁虎的腳自然現(xiàn)象與規(guī)律物理概念與規(guī)律科技與社會的發(fā)展納米材料對社會發(fā)展的負面影響利用納米材料的特點，在技術允許的前提下，可以廣泛普及納米材料的應用？把納米材料放在環(huán)境中來考慮，將發(fā)現(xiàn)它們有許多共同的環(huán)境和生態(tài)特征，歸納如下：（

1）生物大分子的強烈結合性。納米污染物往往具有顯著的配位、極性、親脂特性，有與生命物質強烈結合進入體內的趨勢。納米材料的比表面積大，粒子表面的原子數(shù)多，周圍缺少相鄰原子，存在許多空鍵，故具有很強的吸附能力和很高的化學活性。（

2）生態(tài)系統(tǒng)的潛在蓄積毒性。納米級污染物在環(huán)境中存在的濃度一般較低，往往被大量污染物所掩蓋。但它們一旦被攝入后即可長期結合潛伏，在特定器官內不斷積累增大濃度，終致產生顯著毒性效應。另外，通過食物鏈逐級高位富集，也可導致高級生物的毒性效應。（

3）多種污染物的組合復合性。環(huán)境中永遠是多種化合物以各種形態(tài)同時存在，相互拮抗或協(xié)同，成為復合污染體系，難以分辨和控制。（4