《第一節(jié) 化學(xué)與材料研制》課件-初中化學(xué)-九年級下冊-魯教版

化學(xué)與材料研制主講人：目錄01化學(xué)基礎(chǔ)概念02材料科學(xué)基礎(chǔ)03常見材料介紹04材料的性能測試05材料的應(yīng)用領(lǐng)域06化學(xué)與材料的未來01化學(xué)基礎(chǔ)概念原子與分子理論原子的定義和組成化學(xué)鍵的類型原子量和分子量分子的概念原子是化學(xué)反應(yīng)的基本單位，由質(zhì)子、中子和電子組成，是構(gòu)成物質(zhì)的最小粒子。分子是由兩個或兩個以上的原子通過化學(xué)鍵結(jié)合在一起形成的最小粒子，決定了物質(zhì)的性質(zhì)。原子量表示單個原子的質(zhì)量，分子量是構(gòu)成分子的所有原子質(zhì)量的總和，是化學(xué)計量的基礎(chǔ)?；瘜W(xué)鍵包括共價鍵、離子鍵和金屬鍵等，決定了分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。化學(xué)反應(yīng)原理化學(xué)反應(yīng)速率決定了反應(yīng)完成所需的時間，例如酸堿中和反應(yīng)速率通常很快。反應(yīng)速率在封閉系統(tǒng)中，化學(xué)反應(yīng)會達到動態(tài)平衡，例如合成氨的哈伯過程。反應(yīng)平衡活化能是化學(xué)反應(yīng)開始前分子必須達到的能量閾值，如燃燒反應(yīng)需要較高的活化能。活化能化學(xué)反應(yīng)分為合成、分解、置換和雙置換等類型，如電解水產(chǎn)生氫氣和氧氣屬于分解反應(yīng)。反應(yīng)類型物質(zhì)的分類根據(jù)物質(zhì)由單一元素還是多種元素組成，可分為純凈物和混合物。按組成元素分類01根據(jù)分子中原子的排列方式，物質(zhì)可以分為有機化合物和無機化合物。按分子結(jié)構(gòu)分類02物質(zhì)根據(jù)其在常溫常壓下的狀態(tài)，可分為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種。按物理狀態(tài)分類03根據(jù)物質(zhì)導(dǎo)電能力的不同，可以分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。按導(dǎo)電性分類0402材料科學(xué)基礎(chǔ)材料的分類材料可分為天然材料和合成材料，如天然橡膠與合成橡膠。按材料來源分類材料按用途可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料，如建筑用的鋼材和電子設(shè)備中的磁性材料。按材料用途分類根據(jù)材料的導(dǎo)電性、磁性等性質(zhì)，材料可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。按材料性質(zhì)分類010203材料的性質(zhì)材料的硬度、強度、韌性和塑性等機械性能決定了其在不同應(yīng)用中的適用性。機械性能熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等熱學(xué)性質(zhì)影響材料在溫度變化下的穩(wěn)定性和應(yīng)用范圍。熱學(xué)性質(zhì)導(dǎo)電性、絕緣性和半導(dǎo)體特性是材料在電子和電氣領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵電學(xué)性質(zhì)。電學(xué)性質(zhì)材料的制備方法通過加熱使材料熔化后冷卻凝固，如玻璃和金屬合金的生產(chǎn)。熔融凝固法01利用化學(xué)反應(yīng)在基材表面沉積一層薄膜，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造?；瘜W(xué)氣相沉積02在固態(tài)下通過高溫處理使不同固體材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，制備陶瓷材料。固相反應(yīng)法03通過溶解原料在溶劑中，再通過蒸發(fā)或沉淀得到固體材料，如某些納米粒子的合成。溶液法0403常見材料介紹金屬材料鋼鐵是應(yīng)用最廣泛的金屬材料之一，廣泛用于建筑、汽車、船舶等行業(yè)。鋼鐵材料01鋁合金因其輕質(zhì)、高強度的特點，在航空航天和汽車制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鋁合金02鈦合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性和高強度，常用于制造高性能的運動器材和醫(yī)療器械。鈦合金03陶瓷材料01傳統(tǒng)陶瓷如瓷器，以其獨特的美感和耐用性，廣泛應(yīng)用于餐具和裝飾品。傳統(tǒng)陶瓷材料02先進陶瓷如氧化鋁和氮化硅，因其高硬度和耐高溫特性，常用于航空航天和電子領(lǐng)域。先進陶瓷材料03生物陶瓷如羥基磷灰石，因其良好的生物相容性，被用于制造人工骨和牙齒修復(fù)材料。生物陶瓷材料高分子材料塑料的廣泛應(yīng)用塑料如聚乙烯、聚丙烯廣泛應(yīng)用于包裝、建筑和電子行業(yè)，因其輕質(zhì)和成本效益。合成橡膠的特性合成橡膠如丁腈橡膠、氯丁橡膠因其耐油、耐熱特性，被用于制造輪胎和工業(yè)制品。纖維材料的創(chuàng)新尼龍、聚酯纖維等高分子材料在紡織品中的應(yīng)用，提高了服裝的耐用性和舒適度。04材料的性能測試物理性能測試通過沖擊試驗機對材料進行沖擊測試，評估其在沖擊載荷下的韌性或脆性表現(xiàn)。沖擊測試使用拉伸試驗機對材料施加拉力，測量其抗拉強度、屈服強度和延伸率等性能指標(biāo)。拉伸測試通過布氏、洛氏或維氏硬度計對材料進行硬度測試，評估其抵抗局部變形的能力。硬度測試化學(xué)性能測試通過模擬不同環(huán)境下的腐蝕條件，評估材料抵抗化學(xué)物質(zhì)侵蝕的能力。耐腐蝕性測試通過加熱或暴露于氧化環(huán)境中，測試材料表面形成氧化層的速率和保護能力。抗氧化性測試測定材料在高溫下的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化，以評估其在熱處理或高溫應(yīng)用中的穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性測試力學(xué)性能測試拉伸測試是評估材料抗拉強度和延展性的常用方法，如測試金屬絲的斷裂點和塑性變形。拉伸測試壓縮測試用于確定材料在受到壓力時的性能，例如評估混凝土在建筑中的承載能力。壓縮測試沖擊測試測量材料在受到快速沖擊負荷時的韌性，如測試塑料在低溫下的抗沖擊性。沖擊測試硬度測試評估材料表面抵抗局部變形的能力，例如使用洛氏硬度計測量金屬的硬度。硬度測試05材料的應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料在飛機制造中應(yīng)用廣泛，提高了飛行器的強度和燃油效率。航空航天材料半導(dǎo)體工業(yè)中，高導(dǎo)熱率的陶瓷材料用于電子器件的封裝，以提高散熱性能。電子封裝材料鋰離子電池中使用的鋰鈷氧化物等材料，是現(xiàn)代便攜式電子設(shè)備和電動汽車的關(guān)鍵組成部分。能源存儲材料生活中的應(yīng)用混凝土和鋼材是現(xiàn)代建筑不可或缺的材料，它們的使用大大提高了建筑的穩(wěn)定性和耐久性。建筑材料生物兼容材料如鈦合金和聚乙烯被廣泛應(yīng)用于制造人工關(guān)節(jié)和心臟瓣膜，改善了醫(yī)療植入物的性能。醫(yī)療器材智能手機和平板電腦中的電路板使用了多種合金和半導(dǎo)體材料，這些材料的性能直接影響設(shè)備的運行效率。電子設(shè)備塑料和橡膠材料因其輕便和耐用性被廣泛用于制造各種日用品，如水瓶、鞋底和玩具。日常用品科技前沿應(yīng)用可穿戴技術(shù)智能手表和健康監(jiān)測設(shè)備等可穿戴技術(shù)，利用柔性材料和傳感器，為用戶提供便捷的健康追蹤。納米技術(shù)納米材料在藥物遞送系統(tǒng)中應(yīng)用，能夠提高藥物的靶向性和治療效率，如癌癥治療中的納米粒子。量子計算量子計算機利用超導(dǎo)材料和量子位，實現(xiàn)傳統(tǒng)計算機無法比擬的計算速度，推動復(fù)雜問題的解決。生物材料生物兼容材料用于組織工程，如3D打印的支架幫助受損組織再生，改善患者恢復(fù)過程。06化學(xué)與材料的未來綠色化學(xué)理念綠色化學(xué)鼓勵使用可再生資源，如生物基材料，減少對化石燃料的依賴?？沙掷m(xù)原料的使用開發(fā)低能耗的化學(xué)工藝，利用可再生能源，降低化學(xué)生產(chǎn)過程中的碳足跡。節(jié)能型化學(xué)過程通過設(shè)計更高效的化學(xué)反應(yīng)，減少廢物的產(chǎn)生，實現(xiàn)副產(chǎn)品的最小化或零排放。減少廢物和副產(chǎn)品010203新材料研發(fā)趨勢可持續(xù)材料生物醫(yī)用材料納米技術(shù)在材料科學(xué)中的應(yīng)用智能材料隨著環(huán)保意識增強，研發(fā)可降解或可循環(huán)利用的材料成為趨勢，如生物基塑料。智能材料能夠響應(yīng)外部刺激而改變其性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于傳感器和自適應(yīng)系統(tǒng)。納米技術(shù)正推動材料性能的革命，如納米復(fù)合材料在增強強度和導(dǎo)電性方面的應(yīng)用。生物醫(yī)用材料領(lǐng)域不斷進步，如3D打印技術(shù)用于定制化植入物和組織工程。可持續(xù)發(fā)展影響01綠色化學(xué)減少廢物和污染，推動可持續(xù)發(fā)展，例如使用生物降解塑料替代傳統(tǒng)塑料。綠色化學(xué)的推廣02開發(fā)太陽能電池和風(fēng)能材料，促進清潔能源使用，減少對化石燃料的依賴?？稍偕茉床牧?3研制可回收和生物兼容材料，如使用玉米淀粉制成的生物塑料，減少環(huán)境污染。環(huán)境友好型材料

化學(xué)與材料研制(2)

01發(fā)展歷程發(fā)展歷程

1.古代化學(xué)與材料研制在古代，人們通過長期的生產(chǎn)和生活實踐，逐漸認識并利用了各種化學(xué)物質(zhì)和材料。如我國古代的青銅器、陶瓷、絲綢等，都是化學(xué)與材料研制的結(jié)晶。2.近代化學(xué)與材料研制18世紀(jì)以來，化學(xué)逐漸成為一門獨立的學(xué)科。19世紀(jì)初，道爾頓提出了原子論，標(biāo)志著化學(xué)研究的科學(xué)化。此后，一系列新材料如鋼鐵、塑料、橡膠等相繼問世，推動了工業(yè)革命的進程。3.現(xiàn)代化學(xué)與材料研制18世紀(jì)以來，化學(xué)逐漸成為一門獨立的學(xué)科。19世紀(jì)初，道爾頓提出了原子論，標(biāo)志著化學(xué)研究的科學(xué)化。此后，一系列新材料如鋼鐵、塑料、橡膠等相繼問世，推動了工業(yè)革命的進程。

02現(xiàn)狀現(xiàn)狀我國在材料領(lǐng)域已取得顯著成果，如鋼鐵、水泥、化工等傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模世界領(lǐng)先。同時，在新型材料領(lǐng)域，我國在石墨烯、碳纖維、納米材料等方面取得了重要突破。1.材料領(lǐng)域我國化學(xué)研究在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究方面均取得了顯著成績，在基礎(chǔ)研究方面，我國科學(xué)家在量子化學(xué)、催化、有機合成等領(lǐng)域取得了一系列世界領(lǐng)先的成果。在應(yīng)用研究方面，我國化學(xué)研究為能源、環(huán)保、醫(yī)藥等領(lǐng)域提供了重要技術(shù)支撐。2.化學(xué)領(lǐng)域03挑戰(zhàn)挑戰(zhàn)

1.原創(chuàng)性研究不足我國化學(xué)與材料研制在原創(chuàng)性研究方面仍存在一定差距，與國際先進水平相比仍有較大差距。

2.人才短缺化學(xué)與材料研制領(lǐng)域需要大量高水平的科研人才，而我國在這一領(lǐng)域的人才儲備仍顯不足。3.政策支持力度不夠相較于發(fā)達國家，我國在化學(xué)與材料研制領(lǐng)域的政策支持力度仍顯不足，制約了該領(lǐng)域的發(fā)展。04前景前景

加強產(chǎn)學(xué)研合作，促進科研成果轉(zhuǎn)化，是推動化學(xué)與材料研制發(fā)展的重要途徑。1.產(chǎn)學(xué)研合作

加大政策支持力度，優(yōu)化創(chuàng)新環(huán)境，激發(fā)科研人員的創(chuàng)新活力，是推動化學(xué)與材料研制發(fā)展的重要保障。3.政策支持

積極參與國際合作，引進國外先進技術(shù)和人才，有助于提高我國化學(xué)與材料研制的水平。2.國際合作

化學(xué)與材料研制(3)

01概要介紹概要介紹

化學(xué)是一門研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化的自然科學(xué)，它與材料研制有著密切的聯(lián)系。隨著科技的快速發(fā)展，化學(xué)與材料研制之間的關(guān)聯(lián)日益顯現(xiàn)，為我們創(chuàng)造了一個又一個科技奇跡。本文將探討化學(xué)在材料研制中的應(yīng)用及其重要性。02化學(xué)在材料研制中的應(yīng)用化學(xué)在材料研制中的應(yīng)用化學(xué)家通過深入研究物質(zhì)的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)具有特殊性質(zhì)的新材料。例如，超導(dǎo)材料、納米材料、高分子材料等。在此基礎(chǔ)上，化學(xué)家結(jié)合實際需求，設(shè)計出具有特定性能的新材料，為各個領(lǐng)域的應(yīng)用提供了豐富的選擇。1.新材料的發(fā)現(xiàn)與設(shè)計化學(xué)方法不僅可以發(fā)現(xiàn)新材料，還可以優(yōu)化現(xiàn)有材料的性能。通過改變材料的組成、結(jié)構(gòu)或表面性質(zhì)，提高材料的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等性能。例如，通過合金化、熱處理等技術(shù)，提高金屬材料的強度和耐腐蝕性。2.材料性能的優(yōu)化03化學(xué)在材料研制中的重要性化學(xué)在材料研制中的重要性

2.解決環(huán)境問題1.推動科技進步化學(xué)在材料研制中的應(yīng)用，推動了科技的進步。新材料的應(yīng)用，為各個領(lǐng)域的發(fā)展提供了動力。例如，半導(dǎo)體材料的發(fā)現(xiàn)，推動了電子工業(yè)的發(fā)展；高分子材料的研發(fā)，使得塑料制品在生活和工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。化學(xué)在環(huán)保材料研制中發(fā)揮著重要作用，通過研發(fā)環(huán)保、節(jié)能、高性能的材料，解決環(huán)境問題。例如，開發(fā)環(huán)保涂料、綠色塑料等，減少環(huán)境污染。04化學(xué)與材料研制的未來展望化學(xué)與材料研制的未來展望

隨著科技的不斷發(fā)展，化學(xué)與材料研制的聯(lián)系將更加緊密。未來，我們將看到更多具有特殊性質(zhì)的新材料，為各個領(lǐng)域的發(fā)展提供更多可能性。同時，隨著環(huán)保意識的提高，化學(xué)將在環(huán)保材料的研制中發(fā)揮更大作用，為解決環(huán)境問題提供更多方案。此外，人工智能等技術(shù)的引入，將為化學(xué)與材料研制帶來革命性的變化，提高研發(fā)效率，加速新材料的應(yīng)用。05結(jié)論結(jié)論

總之，化學(xué)與材料研制相互促進，共同推動著科技的發(fā)展?；瘜W(xué)在新材料的發(fā)現(xiàn)與設(shè)計、材料性能的優(yōu)化等方面發(fā)揮著重要作用。隨著科技的進步，化學(xué)與材料研制的聯(lián)系將更加緊密，為我們創(chuàng)造更多的科技奇跡。面對未來，我們期待化學(xué)與材料研制在推動科技進步、解決環(huán)境問題等方面發(fā)揮更大的作用。

化學(xué)與材料研制(4)

01化學(xué)與材料研制的背景化學(xué)與材料研制的背景

化學(xué)是一門非常廣泛的學(xué)科，它研究的是物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及變化規(guī)律。而材料則是人類用來創(chuàng)造物品、設(shè)備和建筑的物質(zhì)基礎(chǔ)?；瘜W(xué)與材料研制就是將化學(xué)原理應(yīng)用于材料的研究與開發(fā)中，通過改變材料的成分、結(jié)構(gòu)和性能，創(chuàng)造出具有特定功能和應(yīng)用價值的新型材料。02化學(xué)與材料研制的意義化學(xué)與材料研制的意義

化學(xué)與材料研制能夠創(chuàng)造新的經(jīng)濟增長點。隨著新材料的不斷涌現(xiàn)，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也將得到極大的推動，從而帶動整個經(jīng)濟的增長。2.促進經(jīng)濟發(fā)展化學(xué)與材料研制能夠提高人類的生活質(zhì)量。新型材料在醫(yī)療、環(huán)保、建筑等領(lǐng)域的應(yīng)用，可以有效地改善人們的生活環(huán)境，提高人們的生活品質(zhì)。3.改善人類生活質(zhì)量化學(xué)與材料研制是科技進步的重要推動力。新型材料的出現(xiàn)往往能夠帶動整個行業(yè)的發(fā)展，例如航空航天、電子信息、新能源等領(lǐng)域的發(fā)展都離不開新型材料的支持。1.