1、第六章第六章 化学与材料化学与材料6-5 新型复合材料新型复合材料简介简介 6-3 无机非金属材料及应用无机非金属材料及应用6-4 有机高分子材料及应用有机高分子材料及应用6-2 金属材料及应用金属材料及应用6-1 材料与社会进步材料与社会进步6-1 6-1 材料与社会进步材料与社会进步现代科技的三大支柱现代科技的三大支柱?1、是发展工程、信息、新能源等高科技的重要物质、是发展工程、信息、新能源等高科技的重要物质基础，是当代前沿科学技术领域之一。基础，是当代前沿科学技术领域之一。2、是社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里、是社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。如石器、陶器、瓷器、
2、铁器、铜器、玻璃、程碑。如石器、陶器、瓷器、铁器、铜器、玻璃、钢、水泥、有机高分子、液晶材料等。钢、水泥、有机高分子、液晶材料等。能源、材料和信息能源、材料和信息 6.1.1 6.1.1 重要性重要性1、材料与空间技术材料与空间技术：发射火箭、人造卫星、飞船等。：发射火箭、人造卫星、飞船等。2、材料与电子技术材料与电子技术：半导体材料、高频绝缘材料、：半导体材料、高频绝缘材料、介电材料、压电材料、铁电材料、磁性材料、荧光介电材料、压电材料、铁电材料、磁性材料、荧光材料、发光材料、超导材料等。材料、发光材料、超导材料等。3、材料与激光技术材料与激光技术：红宝石、气体、半导体、染料：红宝石、气体、
3、半导体、染料等作为工作物质实现激光，用于计量、检测、加工、等作为工作物质实现激光，用于计量、检测、加工、显示、信息处理、治疗、军事科学等领域。显示、信息处理、治疗、军事科学等领域。4、材料与能源的开发材料与能源的开发：磁流体发电、地热发电、潮：磁流体发电、地热发电、潮汐发电、热核裂变、太阳能电池、燃料电池等。汐发电、热核裂变、太阳能电池、燃料电池等。6.1.2 6.1.2 具体表现具体表现化学是人类使用新材料的源泉!化学新材料6-2 金属材料及应用金属材料及应用6.2.1 6.2.1 常见金属材料常见金属材料6.2.2 6.2.2 几种具有特殊功几种具有特殊功能的新型金属材料能的新型金属材料钨
4、钨、钢铁钢铁、铝铝、锂锂、锡锡、黄金黄金、钛钛6.2.1 6.2.1 常见金属材料常见金属材料W、Fe、Al、Li、Sn、Au、Ti钨钨刚强耐热的烈火金刚刚强耐热的烈火金刚外观外观：黑褐色有金属光泽的颗粒。：黑褐色有金属光泽的颗粒。熔点熔点：3410。重要用途重要用途：1、制备具有超硬性能的硬质合金。制备具有超硬性能的硬质合金。如合金刀头或工件表面镀以碳化钨硬质合金，可提高精度并如合金刀头或工件表面镀以碳化钨硬质合金，可提高精度并延长寿命延长寿命2020-150-150倍。倍。2、作为钢和有色金属合金的添加剂作为钢和有色金属合金的添加剂。如合金工具钢、结构钢、弹簧钢、耐热钢和磁钢等都添加了如合
5、金工具钢、结构钢、弹簧钢、耐热钢和磁钢等都添加了钨，以增加硬度和抗腐蚀能力。钨，以增加硬度和抗腐蚀能力。3、在火箭、导弹、返回式宇宙飞船以及原子能反应在火箭、导弹、返回式宇宙飞船以及原子能反应堆等尖端科学上的重要应用堆等尖端科学上的重要应用。这是由于钨具有优异的物这是由于钨具有优异的物理、机械、抗腐蚀和核性能的原因。理、机械、抗腐蚀和核性能的原因。多姿多彩的多姿多彩的钢铁钢铁生铁生铁：硬且脆，仅用于铸造。：硬且脆，仅用于铸造。合金钢合金钢，除铁和碳外，还含有其他一些合，除铁和碳外，还含有其他一些合金元素，如硅、锰、镍、钒、钛、钼等。金元素，如硅、锰、镍、钒、钛、钼等。锰钢锰钢具有很强的耐磨性，
6、可用于制造拖拉机履带和车轴，具有很强的耐磨性，可用于制造拖拉机履带和车轴，齿轮，坦克的装甲材料等；齿轮，坦克的装甲材料等；钨钢钨钢耐高温，是制造金属切削工具的好材料；耐高温，是制造金属切削工具的好材料；硅钢硅钢具有良好的电磁性能，许多电器都离不开它。具有良好的电磁性能，许多电器都离不开它。铁矿铁矿石石冶炼冶炼生铁生铁冶炼冶炼钢钢掺杂掺杂铝铝“银色的金子银色的金子”铝在地壳中含量最多，日常生活中如铝在地壳中含量最多，日常生活中如硬币、炊具、包装铝箔等。硬币、炊具、包装铝箔等。纯铝很软，强度不大，有着良好的延展纯铝很软，强度不大，有着良好的延展性，可拉成细丝，轧成箔片。性，可拉成细丝，轧成箔片。铝
7、的应用铝的应用铝合金的应用铝合金的应用铝的化合物铝的化合物1、导电能力导电能力仅次于铜，价廉，广泛用作电线。仅次于铜，价廉，广泛用作电线。2、导热能力导热能力比铁大，不易锈蚀，使用寿命长，比铁大，不易锈蚀，使用寿命长，用作炊具。用作炊具。3、铝粉具、铝粉具银白色银白色金属光泽，与其他物质混合用金属光泽，与其他物质混合用作涂料。作涂料。4、冶金工业中，铝粉和氧化铁粉混合，引发后、冶金工业中，铝粉和氧化铁粉混合，引发后发生剧烈反应，放出大量的热，用于焊接。发生剧烈反应，放出大量的热，用于焊接。5、炼钢工业中的脱氧剂；高质量的反射镜、聚、炼钢工业中的脱氧剂；高质量的反射镜、聚光碗等光碗等。铝的应用铝
8、的应用1、青铜铝青铜铝，具有高强度的耐蚀性，有鲜艳，具有高强度的耐蚀性，有鲜艳的金属光泽，常用于珠宝饰物和建筑工业中。的金属光泽，常用于珠宝饰物和建筑工业中。2、铝镁合金铝镁合金，硬度大，质量轻，常用于制，硬度大，质量轻，常用于制造飞机的机身，船舶和火箭的箭体。还用来造飞机的机身，船舶和火箭的箭体。还用来制造门窗、美化居室。制造门窗、美化居室。铝合金的应用铝合金的应用1、氧化铝氧化铝。刚玉，硬度仅次于金刚石，熔点高、。刚玉，硬度仅次于金刚石，熔点高、耐酸碱，常用作轴承磨料、耐火材料（可耐耐酸碱，常用作轴承磨料、耐火材料（可耐1800 ）；活性氧化铝，多孔，内表面积大，活性）；活性氧化铝，多孔，
9、内表面积大，活性高，能吸附水蒸气等许多气体、液体分子，常用高，能吸附水蒸气等许多气体、液体分子，常用作吸附剂、催化剂载体和干燥剂。作吸附剂、催化剂载体和干燥剂。2、氢氧化铝氢氧化铝。用来制备铝盐、瓷釉、耐火材料、。用来制备铝盐、瓷釉、耐火材料、防火布等；在医药上用作酸药，中和胃酸和治疗防火布等；在医药上用作酸药，中和胃酸和治疗溃疡。溃疡。3、明矾明矾。净水剂，收敛剂。净水剂，收敛剂。4、其他，如硫酸铝、硝酸铝冰晶石（六氟合铝、其他，如硫酸铝、硝酸铝冰晶石（六氟合铝酸钠）、偏铝酸钠等。酸钠）、偏铝酸钠等。铝的化合物铝的化合物人小鬼大的锂人小鬼大的锂锂锂是是自然界最轻的金属自然界最轻的金属。密度小
10、。密度小（0.53），质量轻，化学性质活泼。），质量轻，化学性质活泼。存放在凡士林或石蜡中。存放在凡士林或石蜡中。锂原子结构模型锂原子结构模型原子序数3，原子量6.941，是最轻的碱金属元素。金属锂为一种银白色的轻金属；熔点为180.54C，沸点1342C，密度0.534克/厘米3，硬度0.6。金属锂可溶于液氨。1、锂基润滑剂不怕高温、不怕水在低温环境中也能保持良好、锂基润滑剂不怕高温、不怕水在低温环境中也能保持良好性能。用于汽车零件。性能。用于汽车零件。2、锂能强烈与氧、氮、氯、硫等物质反应，工业上用作脱氧、锂能强烈与氧、氮、氯、硫等物质反应，工业上用作脱氧剂和脱硫剂。剂和脱硫剂。3、铜冶炼
11、过程中，加入十万分之一的锂，能改善铜内部结构，、铜冶炼过程中，加入十万分之一的锂，能改善铜内部结构，使之致密、提高导电性。使之致密、提高导电性。4、在铸造优质铜铸件中能除去有害杂质和气体。、在铸造优质铜铸件中能除去有害杂质和气体。5、1千克锂通过热核反应放出的能量相当于两万多吨优质镁千克锂通过热核反应放出的能量相当于两万多吨优质镁的燃烧。可用作火箭、导弹、宇宙飞船的推进剂。的燃烧。可用作火箭、导弹、宇宙飞船的推进剂。6、锂在原子能工业上的独特性能，举世瞩目。、锂在原子能工业上的独特性能，举世瞩目。7、锂电池具有比能量高、放电平衡等优点广泛应用于各种领、锂电池具有比能量高、放电平衡等优点广泛应用
12、于各种领域，是很有前途的动力电池。域，是很有前途的动力电池。锂锂的用途的用途奇妙的奇妙的锡锡 锡锡是一种银白色金属，硬度较低，展是一种银白色金属，硬度较低，展性较好，延性较差。性较好，延性较差。锡在一般温度下是很稳定的。但在高温和低锡在一般温度下是很稳定的。但在高温和低温下特别娇气。温度温下特别娇气。温度161 161 时，锡一碰就脆；时，锡一碰就脆；温度温度13.2 13.2 时逐渐变成一种煤灰色的粉末；时逐渐变成一种煤灰色的粉末；温度低于温度低于-33-33 时，转变过程大大加快，锡时，转变过程大大加快，锡迅速毁坏无异。迅速毁坏无异。1、“金粉金粉”，即二硫化锡，金黄色。，即二硫化锡，金黄
13、色。2、用来制造镀铁皮，即、用来制造镀铁皮，即“马口铁马口铁”。“锡疫锡疫”用途用途黄金黄金金属王国的骄子金属王国的骄子黄金除了作为货币和珍贵的装饰品以外黄金除了作为货币和珍贵的装饰品以外，在，在科技领域的科技领域的作用作用：1、黄金具有强的延展性。金箔对红外线有强、黄金具有强的延展性。金箔对红外线有强烈的反射作用，并能防止紫外线的通过。被广烈的反射作用，并能防止紫外线的通过。被广泛用于红外线干燥设备、红外线探测仪和宇航泛用于红外线干燥设备、红外线探测仪和宇航员的防护面罩、宇宙飞船的密封舱上。员的防护面罩、宇宙飞船的密封舱上。2、黄金的导电性好、熔点高，不会被氧化，、黄金的导电性好、熔点高，不
14、会被氧化，被用作飞机、人造卫星和宇航设备内某些控制被用作飞机、人造卫星和宇航设备内某些控制仪表和电器开关的接触点材料。仪表和电器开关的接触点材料。未来世纪的金属未来世纪的金属钛钛 钛在地壳中的含量占第钛在地壳中的含量占第1010位。含钛矿物多达位。含钛矿物多达7070多种，海多种，海水中含量也非常丰富。继铜、铁、铝之后，金属钛将是水中含量也非常丰富。继铜、铁、铝之后，金属钛将是2121世世纪冶金工业中最重要的产品之一。纪冶金工业中最重要的产品之一。广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、军工、轻工、化工、纺织、医疗及石油化工等领域。
15、舰艇、军工、轻工、化工、纺织、医疗及石油化工等领域。(一一)钛的性质钛的性质(二二)钛的应用钛的应用(三三)钛化合物的应用钛化合物的应用(四四)钛合金的应用钛合金的应用1、室温下不与氧气、稀硫酸、稀盐酸、室温下不与氧气、稀硫酸、稀盐酸和硝酸反应，但能被氢氟酸、磷酸、熔和硝酸反应，但能被氢氟酸、磷酸、熔融碱侵蚀。融碱侵蚀。2、突出性能是对海水的抗腐蚀性很强。、突出性能是对海水的抗腐蚀性很强。具有银灰色光泽，强度大，密具有银灰色光泽，强度大，密度小（度小（4.51），硬度大，熔点高），硬度大，熔点高（1675）。(一一)钛的性质钛的性质化学性质化学性质(二二)钛的应用钛的应用1、极细的钛粉，是火箭
16、的好燃料；、极细的钛粉，是火箭的好燃料；2、钛的抗腐蚀能力比不锈钢强、钛的抗腐蚀能力比不锈钢强15倍，用作洗印倍，用作洗印设备的齿轮；设备的齿轮；3、外科医疗手术上的应用。、外科医疗手术上的应用。不锈钢生锈会对人体产生危害，接骨愈合之后，需再取出不锈钢生锈会对人体产生危害，接骨愈合之后，需再取出来。如采用钛制的来。如采用钛制的“人造骨骼人造骨骼”，宛如真正的骨骼一样和，宛如真正的骨骼一样和血肉相联，起到支撑和加固作用。被称为血肉相联，起到支撑和加固作用。被称为“亲生物金属亲生物金属”。4、炼钢工业中，少量的钛是良好的脱氧、除氧、炼钢工业中，少量的钛是良好的脱氧、除氧及除硫剂。及除硫剂。(三三)
17、钛化合物的应用钛化合物的应用二氧化钛二氧化钛，即钛白，无毒。是世界上最白的物质，即钛白，无毒。是世界上最白的物质 之一。之一。1 1克钛白可把克钛白可把450450多平方厘米的面积涂得雪多平方厘米的面积涂得雪白。因此是一种宝贵的白色颜料。白。因此是一种宝贵的白色颜料。二氧化钛高熔点，被用来制造耐火玻璃、釉料、二氧化钛高熔点，被用来制造耐火玻璃、釉料、陶土、耐高温的实验器皿等。陶土、耐高温的实验器皿等。水合二氧化钛是一种最有希望的铀吸附剂，可用水合二氧化钛是一种最有希望的铀吸附剂，可用于海洋提铀。于海洋提铀。1 1、二氧化钛、二氧化钛2 2、四氯化钛、四氯化钛湿空气中冒出大量白烟，在军事上常用作
18、人造烟雾湿空气中冒出大量白烟，在军事上常用作人造烟雾剂。剂。3 3、钛酸钡、钛酸钡钛酸钡钛酸钡晶体被广泛应用于超声波仪器和水底探测器中。晶体被广泛应用于超声波仪器和水底探测器中。因为它在超声波中受压会产生电流，由电流的大小可测因为它在超声波中受压会产生电流，由电流的大小可测知超声波的强弱；相反，用高频电流通过它，则可以产知超声波的强弱；相反，用高频电流通过它，则可以产生超声波。生超声波。4 4、氮化钛、氮化钛氮化钛氮化钛比黄金以及硬质合金更耐磨，在黄金装饰品表比黄金以及硬质合金更耐磨，在黄金装饰品表面镀一层膜，外观和黄金一样，具有面镀一层膜，外观和黄金一样，具有“永不磨损性永不磨损性”。(四四
19、)钛合金的应用钛合金的应用1 1、钛系是目前较便宜的一种贮氢金属之一。、钛系是目前较便宜的一种贮氢金属之一。2 2、“钛飞机钛飞机”可减轻体重可减轻体重5 5吨。超音速飞机上，钛使用吨。超音速飞机上，钛使用量几乎占到总重量的量几乎占到总重量的95%95%。3 3、钛潜艇钛潜艇比钢制潜艇经久耐用，而且可以潜入更深的的比钢制潜艇经久耐用，而且可以潜入更深的的深度。用钛制造潜艇、轮船，不用涂漆，不会生锈。且深度。用钛制造潜艇、轮船，不用涂漆，不会生锈。且钛不是铁磁体物质，不会被磁水雷发现，在军事上特别钛不是铁磁体物质，不会被磁水雷发现，在军事上特别重要。重要。4 4、钛锆合金钛锆合金对空气有强大的吸
20、收力，用于真空泵。对空气有强大的吸收力，用于真空泵。5 5、钛铌合金钛铌合金是理想的超导材料。是理想的超导材料。6 6、铬、镍、钛（铬、镍、钛（18-8-118-8-1）是工业上常用的不锈钢。是工业上常用的不锈钢。障碍：钛的冶炼要在高温、惰性环境下进行。6.2.2 6.2.2 几种具有特殊功能的新型几种具有特殊功能的新型金属材料金属材料一、具有记忆能力的合金一、具有记忆能力的合金形状记忆合金形状记忆合金二、能贮存氢气的合金二、能贮存氢气的合金贮氢合金贮氢合金三、能软能硬的合金三、能软能硬的合金超塑性合金超塑性合金四、没有电阻的金属没有电阻的金属超导金属超导金属五、颗粒超细的金属颗粒超细的金属纳
21、米金属纳米金属 简称记忆合金，一种新型的功能金属材料，简称记忆合金，一种新型的功能金属材料，能在一定条件下重新恢复到原来的形状。能在一定条件下重新恢复到原来的形状。分类分类：镍：镍-钛合金；铜基合金，如铜钛合金；铜基合金，如铜-锌锌-铝、铝、铜铜-铝铝-镍；铁基合金。镍；铁基合金。应用应用：航空、卫星、医疗、生物工程、能源：航空、卫星、医疗、生物工程、能源和自动化等方面。和自动化等方面。一、具有记忆能力的合金一、具有记忆能力的合金形状记忆合金形状记忆合金航空航空：被成功地用来制作军用飞机液压系统的接头；飞机：被成功地用来制作军用飞机液压系统的接头；飞机上一些特殊部位所用的铆钉；用于制成宇宙飞船
22、上的天线。上一些特殊部位所用的铆钉；用于制成宇宙飞船上的天线。医疗医疗：室温下具有记忆能力的镍：室温下具有记忆能力的镍-钛合金作成人体用的生钛合金作成人体用的生物植入件；物植入件；自动化自动化：常用形状记忆合金制成各种自控装置；：常用形状记忆合金制成各种自控装置；日常生活日常生活：用形状记忆合金制成窗臂时，可以根据温度的：用形状记忆合金制成窗臂时，可以根据温度的高低自动控制窗户的开和关；高低自动控制窗户的开和关；汽车工业汽车工业：日本已用形状记忆合金制造汽车车身和保险杆：日本已用形状记忆合金制造汽车车身和保险杆；眼镜行业眼镜行业：形状记忆合金常制成眼睛片固定丝；：形状记忆合金常制成眼睛片固定丝
23、；能源开发利用能源开发利用：可利用记忆合金发生的形变来做功以节省：可利用记忆合金发生的形变来做功以节省能源，减少污染。能源，减少污染。镍镍-钛合金的应用钛合金的应用二、能贮存氢气的合金二、能贮存氢气的合金贮氢合金贮氢合金 利用金属合金或金属与氢气发生反应，形成金属利用金属合金或金属与氢气发生反应，形成金属合金氢化物或金属氢化物，使氢气以固体化的形式合金氢化物或金属氢化物，使氢气以固体化的形式贮存起来，稍微改变条件，金属合金氢化物或金属贮存起来，稍微改变条件，金属合金氢化物或金属氢化物就会放出氢气并重新变成金属合金或金属。氢化物就会放出氢气并重新变成金属合金或金属。1 1、贮氢量要大；、贮氢量要
24、大；2 2、吸氢和放氢都容易，只要稍稍加热就可、吸氢和放氢都容易，只要稍稍加热就可以放氢且速度要快；以放氢且速度要快；3 3、使用寿命长和价格便宜。、使用寿命长和价格便宜。必备条件1 1、镁系贮氢合金镁系贮氢合金，如二氢化镁，如二氢化镁(MgHMgH2 2)、镁镁-镍合金镍合金(MgMg2 2Ni)Ni)等。等。2 2、稀土系贮氢合金稀土系贮氢合金，如镧，如镧-镍合金镍合金(LaLa3 3NiNi5 5)、混合稀土镍混合稀土镍-锰合金锰合金(MmNiMnMmNiMn)、混合稀土镍混合稀土镍-铝合金铝合金(MnNiAlMnNiAl)等。等。3 3、钛系贮氢合金钛系贮氢合金，如二氢化钛，如二氢化钛
25、(TiHTiH2 2)、钛钛锰合金锰合金(TiMnTiMn1.51.5)等。等。4 4、锆系贮氢合金锆系贮氢合金。四大系列四大系列特点特点：在加工时能像口香糖那样柔软可塑，一：在加工时能像口香糖那样柔软可塑，一旦成形后又能像钢铁那样坚固耐用。旦成形后又能像钢铁那样坚固耐用。高强度超塑性合金高强度超塑性合金在航天工业方面在航天工业方面影响很大。影响很大。如采用超塑性钛合金来制造飞机骨架与采用普通如采用超塑性钛合金来制造飞机骨架与采用普通钛或钛合金相比，不仅使锻压、轧制、弯曲等加钛或钛合金相比，不仅使锻压、轧制、弯曲等加工过程变得更加容易，而且每生产工过程变得更加容易，而且每生产500500架飞机
26、，架飞机，可节省可节省120-150120-150万美元。万美元。超塑性合金超塑性合金在民用方面在民用方面，应用价值也是十分显，应用价值也是十分显著的。对一些形状复杂的电子仪器零件、汽车外著的。对一些形状复杂的电子仪器零件、汽车外壳等的制造，若采用超塑性合金都可一次完成，壳等的制造，若采用超塑性合金都可一次完成，不仅大大简化了工序，而且大大降低了成本。不仅大大简化了工序，而且大大降低了成本。三、能软能硬的合金三、能软能硬的合金超塑性合金超塑性合金高温超导材料高温超导材料如如Y-Y-BaBa-Cu-O-Cu-O的的TcTc高达高达9090K K，Ti-Ba-Ca-Cu-OTi-Ba-Ca-Cu-
27、O和和Bi-Bi-SrSr-Ca-Cu-O-Ca-Cu-O的的TcTc高达高达120120K K。这些超导材料在液氮温度（这些超导材料在液氮温度（7777K K）下就可发挥出下就可发挥出它们的超导性，因而具有实用价值。它们的超导性，因而具有实用价值。超导体具有的性质超导体具有的性质：在临界温度：在临界温度TcTc时时,零电零电阻和抗磁性。阻和抗磁性。超导材料的应用超导材料的应用：在电力输送，超导发电机：在电力输送，超导发电机，大型电子计算机，大型电子计算机，磁浮高速列车磁浮高速列车的研制，以及的研制，以及核聚变反应控制等高科技领域中得到应用核聚变反应控制等高科技领域中得到应用。四、没有电阻的金
28、属没有电阻的金属超导金属超导金属超导材料超导材料;超导温度超导温度;低温超导材料低温超导材料;高温超导材料高温超导材料纳米材料是指组成材料颗粒的粒径大小为纳米材料是指组成材料颗粒的粒径大小为1-1-100100nmnm的一类材料的一类材料,纳米金属是纳米材料的一种。纳米金属是纳米材料的一种。五、五、颗粒超细的金属颗粒超细的金属纳米金属纳米金属表面效应：表面效应：即粒径变小，比表面积增大，活性增大。即粒径变小，比表面积增大，活性增大。小尺寸效应：小尺寸效应：尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，表现出特干长度或
29、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，表现出特殊的光学、热学、磁学和力学性质。殊的光学、热学、磁学和力学性质。量子尺寸效应量子尺寸效应：颗粒超细化后使大块材料中连续的能带分裂颗粒超细化后使大块材料中连续的能带分裂为分立的能级，能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。为分立的能级，能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。纳米材料的特性纳米材料的特性一张信用卡大小的一张信用卡大小的纳米冰箱卫生卡纳米冰箱卫生卡，只要放入冰箱，不仅可以，只要放入冰箱，不仅可以清除异味，还有保鲜的功效，储存半个月的果蔬出来还是水灵清除异味，还有保鲜的功效，储存半个月的果蔬出来还是水灵灵的。灵的。应用纳米技术制成的各色应用纳米技术制成
30、的各色衣服、领带、帽子和碗具衣服、领带、帽子和碗具，纳米材料，纳米材料的加入能使衣物防水、防污、免清洗，而且透气性好的加入能使衣物防水、防污、免清洗，而且透气性好 。采用纳米光催技术生产的采用纳米光催技术生产的瓷砖瓷砖，本身就可以自动分解油渍，还，本身就可以自动分解油渍，还可以除臭、杀菌和自清洁，不再用人工去费力清理揩擦。可以除臭、杀菌和自清洁，不再用人工去费力清理揩擦。纳米内衣、纳米床上用品及纳米绒毛织品纳米内衣、纳米床上用品及纳米绒毛织品，采用纳米生物活性，采用纳米生物活性功能纤维、纳米银系无机抗菌纤维、抗紫外线纤维，人们使用功能纤维、纳米银系无机抗菌纤维、抗紫外线纤维，人们使用这些织物时
31、，可以促进血液循环，增强新陈代谢；保持经络平这些织物时，可以促进血液循环，增强新陈代谢；保持经络平衡。衡。纳米材料做成内胆的热水器纳米材料做成内胆的热水器，能快速有效的杀死水中细菌，同，能快速有效的杀死水中细菌，同时能耐酸、耐碱和具有更强的韧性。时能耐酸、耐碱和具有更强的韧性。汽车挡风玻璃汽车挡风玻璃被雾气遮挡会影响行车安全，被采用纳米技术的光被雾气遮挡会影响行车安全，被采用纳米技术的光催化抗雾玻璃解决了，这种玻璃不仅具有抗雾、灭菌功能，而且催化抗雾玻璃解决了，这种玻璃不仅具有抗雾、灭菌功能，而且可以长时间保持洁净，还适合用于窗户、镜面和外墙玻璃。可以长时间保持洁净，还适合用于窗户、镜面和外墙
32、玻璃。随着纳米材料和纳米技术基础研究的深入和实用化进程的发展，随着纳米材料和纳米技术基础研究的深入和实用化进程的发展，特别是纳米技术与环境保护和环境治理进一步有机结合，许多特别是纳米技术与环境保护和环境治理进一步有机结合，许多环环保难题保难题如大气污染、污水处理，城市垃圾等将会得到解决。如大气污染、污水处理，城市垃圾等将会得到解决。维生素维生素E E被纳米化后，很容易被皮肤细胞吸收，这是因为物质被被纳米化后，很容易被皮肤细胞吸收，这是因为物质被加工到纳米尺度后其物理特性和生物特性都会发生很大的改变。加工到纳米尺度后其物理特性和生物特性都会发生很大的改变。纳米化妆品正是利用这种特性达到其特殊的效
33、果的。纳米化妆品正是利用这种特性达到其特殊的效果的。6-3 6-3 无机非金属材料及应用无机非金属材料及应用6.3.1 6.3.1 常见非金属材料常见非金属材料6.3.2 6.3.2 精细陶瓷精细陶瓷碳碳、半导体半导体、玻璃玻璃、石灰石灰、水泥、陶瓷水泥、陶瓷6.3.1 6.3.1 常见非金属材料常见非金属材料一、功能强大的碳一、功能强大的碳三种同素异形体：无定形碳、金刚石和石三种同素异形体：无定形碳、金刚石和石墨。墨。1 1、神通广大的活性炭、神通广大的活性炭活性炭是无定形碳的一种。是竹、木、果壳等生活性炭是无定形碳的一种。是竹、木、果壳等生物体经干馏后留下的躯壳。物体经干馏后留下的躯壳。结
34、构特点结构特点：表面积特别大（：表面积特别大（1 1g g总表面积达总表面积达500-500-10001000m m2 2 ），可净化各种气体和液体。），可净化各种气体和液体。应用应用：防毒面具，冰箱除味，自来水除臭，红糖：防毒面具，冰箱除味，自来水除臭，红糖制白糖等。饱和后，可清除再生。制白糖等。饱和后，可清除再生。2 2、硬度之王、硬度之王金刚石金刚石金刚石是自然界中最硬的石头，坚硬无比，晶莹透明。金刚石是自然界中最硬的石头，坚硬无比，晶莹透明。在工业上，用于切削硬质合金，钻探钻头，精密仪器在工业上，用于切削硬质合金，钻探钻头，精密仪器的轴承等。的轴承等。“钻石钻石”，折射光线能力很强，光
35、线照射下五颜六色，折射光线能力很强，光线照射下五颜六色，是世界上最美丽的宝石。是世界上最美丽的宝石。3 3、铅笔里的、铅笔里的“铅铅”石石墨墨石墨具有黑、软、滑的特点，与金刚石有天壤之别。石墨具有黑、软、滑的特点，与金刚石有天壤之别。石墨与黏土混合被用作铅笔芯石墨与黏土混合被用作铅笔芯。二、举足轻重的半导体二、举足轻重的半导体硅硅是地壳中含量极为丰富的元素，价格便宜。是地壳中含量极为丰富的元素，价格便宜。作为半导体材料，硅稳定性好，可在较高的温作为半导体材料，硅稳定性好，可在较高的温度下工作。度下工作。硅的重大功能在于使半导体小型化，它将许多硅的重大功能在于使半导体小型化，它将许多电子器件集中
36、在一小块硅片上，形成集成电子电子器件集中在一小块硅片上，形成集成电子线路。线路。导电能力介于导体和绝缘体之间。锗和导电能力介于导体和绝缘体之间。锗和硅都是半导体。但锗在地壳中的含量非硅都是半导体。但锗在地壳中的含量非常稀少。常稀少。三、熟悉而神奇的玻璃三、熟悉而神奇的玻璃1 1、透明的沙子、透明的沙子玻璃是由沙子为主要原料熔融来的。玻璃是由沙子为主要原料熔融来的。沙子的主要成分是二氧化硅。沙子的主要成分是二氧化硅。SiO2+Na2CO3 =Na2SiO3（水玻璃）水玻璃）+CO2熔融CaCO3+Na2CO3+SiO2 =Na2O CaO6SiO2（玻璃）玻璃）+2CO2熔融水玻璃水玻璃溶于水，
37、可用来保存鸡蛋，防止金属腐蚀。溶于水，可用来保存鸡蛋，防止金属腐蚀。玻璃玻璃是一种组成不定的不同硅酸盐的混合物。钠玻璃主要是一种组成不定的不同硅酸盐的混合物。钠玻璃主要成分是硅酸钠和硅酸钙，用于制造玻璃瓶和门窗玻璃；钾成分是硅酸钠和硅酸钙，用于制造玻璃瓶和门窗玻璃；钾取代钠后玻璃熔点较高、较耐化学作用，多用于制造耐高取代钠后玻璃熔点较高、较耐化学作用，多用于制造耐高温的化学玻璃仪器；钙同时以铅代替，可得有高折光性和温的化学玻璃仪器；钙同时以铅代替，可得有高折光性和高比重的钾高比重的钾-铅玻璃，用于雕刻和制作光学玻璃。铅玻璃，用于雕刻和制作光学玻璃。2 2、彩色玻璃、彩色玻璃加加CuO或或Cr2
38、O3着绿色；加着绿色；加Co2O3着蓝色；加着蓝色；加Cu2O着红色；加着红色；加MnO2着紫色；加着紫色；加SnO2或或CaF2着乳色；着乳色；加加Fe2SiO4为暗绿色，量多为黑色。变色玻璃中加为暗绿色，量多为黑色。变色玻璃中加入入AgCl或或AgBr等。等。3 3、镜子、装饰玻璃、镜子、装饰玻璃镀银液有镀银液有A和和B两种溶液组成。两种溶液组成。A：AgNO3、氨水和少量氨水和少量NaOH B：甲醛或葡萄糖甲醛或葡萄糖等体积混合后倒在玻璃表面上，反应如下：等体积混合后倒在玻璃表面上，反应如下：Ag+2NH3Ag(NH3)2+Ag(NH3)2+RCHO+2OH-RCOONH4+2Ag+3N
39、H3+H2O此外，可采用真空镀膜的方法在玻璃表面镀上金属膜此外，可采用真空镀膜的方法在玻璃表面镀上金属膜。4 4、玻璃的腐蚀、玻璃的腐蚀普通玻璃不耐碱，因为：普通玻璃不耐碱，因为：毛玻璃或蚀刻玻璃：毛玻璃或蚀刻玻璃：SiO2+6HF H2SiF6+2H2O四、石灰四、石灰 石灰是最早使用的建筑材料，有生石灰、熟石灰、石灰是最早使用的建筑材料，有生石灰、熟石灰、石灰水、石灰乳、碱石灰、石灰石、大理石等。石灰石灰水、石灰乳、碱石灰、石灰石、大理石等。石灰石生在深山里，它比较坚硬，主要成分是碳酸钙。石生在深山里，它比较坚硬，主要成分是碳酸钙。NaOH+SiO2Na2SiO3六、陶六、陶 瓷瓷陶器陶器
40、是普通的黏土在是普通的黏土在1200-1300左右的高左右的高温下烧制而成的。温下烧制而成的。瓷器瓷器是选用最纯净的黏土、长石和石英先制是选用最纯净的黏土、长石和石英先制成烧瓷，上釉后再放在窖里高温烧制而成的。成烧瓷，上釉后再放在窖里高温烧制而成的。在釉中加进各种金属或金属氧化物，烧熔后在釉中加进各种金属或金属氧化物，烧熔后显出不同的彩色，称为釉彩。显出不同的彩色，称为釉彩。五、水五、水 泥泥硅酸盐和黏土配合，加热烧结、粉碎硅酸盐和黏土配合，加热烧结、粉碎研磨而成，配合适量的水并调和成浆，研磨而成，配合适量的水并调和成浆，经过一段时间后凝固硬化。经过一段时间后凝固硬化。6.3.2 6.3.2
41、精细陶瓷精细陶瓷 传统陶瓷传统陶瓷精细陶瓷精细陶瓷主要主要组分组分二氧化硅等氧化物二氧化硅等氧化物氧化物、氮化物、碳化物、氧化物、氮化物、碳化物、硅化物和硼化物等硅化物和硼化物等主要主要产品产品玻璃、水泥、砖瓦、耐玻璃、水泥、砖瓦、耐火材料、搪瓷和各种陶火材料、搪瓷和各种陶瓷器等烧结制品瓷器等烧结制品烧结制品，单晶、纤维、烧结制品，单晶、纤维、薄膜、粉末等薄膜、粉末等性能性能优势优势产品的性能稳定、熔点产品的性能稳定、熔点较高和难溶于水较高和难溶于水强度高、耐腐蚀、耐高温，强度高、耐腐蚀、耐高温，在在光、电、磁和声光、电、磁和声等方面等方面有特殊功能有特殊功能传统陶瓷与精细陶瓷的差异传统陶瓷与
42、精细陶瓷的差异:一、能传导光的纤维一、能传导光的纤维光导纤维光导纤维三、像玻璃一样透明的陶瓷三、像玻璃一样透明的陶瓷透明陶瓷透明陶瓷二、能植入人体的陶瓷能植入人体的陶瓷生物陶瓷生物陶瓷四、能进行能量转换的陶瓷四、能进行能量转换的陶瓷压电陶瓷压电陶瓷五、能以不同方式导电的陶瓷五、能以不同方式导电的陶瓷导电陶瓷导电陶瓷精细陶瓷精细陶瓷一、能传导光的纤维一、能传导光的纤维光导纤维光导纤维简称简称光纤光纤，它是能利用光的全反射作用来传导光线，它是能利用光的全反射作用来传导光线的一种透明度极高的玻璃细丝，其直径一般为微米级的一种透明度极高的玻璃细丝，其直径一般为微米级，属于精细陶瓷。，属于精细陶瓷。制造
43、制造：以玻璃为原料，把玻璃先熔化，然后拉成细：以玻璃为原料，把玻璃先熔化，然后拉成细丝。丝。分类分类：一类是光损耗小的，由于它们对光的传送距：一类是光损耗小的，由于它们对光的传送距离大，主要用于远距离通信；另一类是光损耗大的，离大，主要用于远距离通信；另一类是光损耗大的，由于它们对光的传送距离小，常在近距离使用，特别由于它们对光的传送距离小，常在近距离使用，特别适合制成人体用的内窥镜，如胃镜、直肠镜、膀胱镜适合制成人体用的内窥镜，如胃镜、直肠镜、膀胱镜和子宫镜等。和子宫镜等。突出优点突出优点：1 1、巨大的信息容量、巨大的信息容量;2;2、传送速度快、传送速度快;3;3、传送距离长传送距离长;
44、4;4、安全可靠。、安全可靠。基本设施基本设施是由光缆、光发送机、光中继器和光接收是由光缆、光发送机、光中继器和光接收机组成。机组成。光纤通信的应用光纤通信的应用：与数字技术和计算机结合起来时，可以用来传与数字技术和计算机结合起来时，可以用来传送电话、图像、数据及控制电子设备等，起到部分送电话、图像、数据及控制电子设备等，起到部分取代通信卫星的作用；取代通信卫星的作用；在军事上，用来建立大容量国防通信干线、高在军事上，用来建立大容量国防通信干线、高速数据传输、卫星和微波信号地面引接、传递宽频速数据传输、卫星和微波信号地面引接、传递宽频带和高速率的图像信号以及情报探测和开军事会议带和高速率的图像
45、信号以及情报探测和开军事会议等；等；用于舰艇通信时，可以大大减轻舰艇的重量，用于舰艇通信时，可以大大减轻舰艇的重量，提高舰艇的作战能力。提高舰艇的作战能力。用于人体器官和组织修复的一种功能陶瓷。用于人体器官和组织修复的一种功能陶瓷。特点特点：良好的生物相容性，对肌体无免疫排异反应；对：良好的生物相容性，对肌体无免疫排异反应；对血液的相容性也好，无溶血和凝血反应；对人体无毒害血液的相容性也好，无溶血和凝血反应；对人体无毒害，不会引起代谢作用产生异常现象，也不会致癌。，不会引起代谢作用产生异常现象，也不会致癌。按组成分类按组成分类：纯氧化物，如氧化铝和氧化锆等；复合氧：纯氧化物，如氧化铝和氧化锆等
46、；复合氧化物，如羟基磷灰石和磷酸钙等；生物玻璃。化物，如羟基磷灰石和磷酸钙等；生物玻璃。按其与人体修复部位的关系分类按其与人体修复部位的关系分类：生物惰性陶瓷，如氧：生物惰性陶瓷，如氧化铝和氧化锆；生物活性陶瓷，如羟基磷酸盐；可吸收化铝和氧化锆；生物活性陶瓷，如羟基磷酸盐；可吸收性生物陶瓷，如磷酸三钙和羟基磷灰石。性生物陶瓷，如磷酸三钙和羟基磷灰石。二、能植入人体的陶瓷能植入人体的陶瓷生物陶瓷生物陶瓷1 1、生物惰性陶瓷、生物惰性陶瓷氧化铝氧化铝主要用于修复牙齿和骨骼等硬组织。在牙齿修复主要用于修复牙齿和骨骼等硬组织。在牙齿修复中，常做成假牙和人工牙根；在骨骼修复方面，主要用中，常做成假牙和人
47、工牙根；在骨骼修复方面，主要用于做成人工关节和人体不同部位的人工骨以及骨折固定于做成人工关节和人体不同部位的人工骨以及骨折固定用的螺钉和螺栓等。用的螺钉和螺栓等。氧化锆氧化锆是一种新型的生物惰性陶瓷，它的强度和断裂韧是一种新型的生物惰性陶瓷，它的强度和断裂韧性都比氧化铝生物陶瓷高，所以一般用来制人体中最重性都比氧化铝生物陶瓷高，所以一般用来制人体中最重要的承重关节。要的承重关节。2 2、生物活性陶瓷、生物活性陶瓷一类具有特殊化学活性的生物陶瓷。主要有羟基磷灰石一类具有特殊化学活性的生物陶瓷。主要有羟基磷灰石组成的陶瓷和生物玻璃两种。前者主要用来做假牙和中组成的陶瓷和生物玻璃两种。前者主要用来做
48、假牙和中耳道植入件，后者可以制成金属股骨的的涂层。耳道植入件，后者可以制成金属股骨的的涂层。3 3、可吸收性生物陶瓷、可吸收性生物陶瓷植入人体后可以逐渐被降解，最后转化成人体骨骼组织植入人体后可以逐渐被降解，最后转化成人体骨骼组织。主要成分是磷酸三钙，与人体骨骼的组成相似。主要成分是磷酸三钙，与人体骨骼的组成相似。一类像玻璃一样透明的陶瓷。它不仅透明，而且机械一类像玻璃一样透明的陶瓷。它不仅透明，而且机械强度高、耐高温，熔点一般都高于强度高、耐高温，熔点一般都高于20002000以上。以上。两个系列：氧化物系列的透明陶瓷和非氧化物系两个系列：氧化物系列的透明陶瓷和非氧化物系列的透明陶瓷。列的透
49、明陶瓷。获得透明陶瓷的三个条件：获得透明陶瓷的三个条件：1 1、原料的纯度必须很、原料的纯度必须很高；高；2 2、原料的结构必须是光学异向性较小的晶体；、原料的结构必须是光学异向性较小的晶体；3 3、生产工艺必须使光的散射减少到最小。、生产工艺必须使光的散射减少到最小。用途：用途：1 1、在玻璃的高温禁区代替玻璃。、在玻璃的高温禁区代替玻璃。2 2、可以、可以做成核闪光致盲护镜，焊接和炼钢工人用的眼睛防护做成核闪光致盲护镜，焊接和炼钢工人用的眼睛防护用具、防弹汽车的窗、坦克的观察窗、轰炸机的瞄准用具、防弹汽车的窗、坦克的观察窗、轰炸机的瞄准器、高级防护眼镜等器、高级防护眼镜等3 3、军事上常用
50、来制导弹头部的红、军事上常用来制导弹头部的红外探测器。外探测器。三、像玻璃一样透明的陶瓷三、像玻璃一样透明的陶瓷透明陶瓷透明陶瓷 使电能和机械能之间的相互转换的一种特殊陶瓷材料。使电能和机械能之间的相互转换的一种特殊陶瓷材料。主要成分主要成分：铅、钛和锆的氧化物，它是有许许多多粒：铅、钛和锆的氧化物，它是有许许多多粒径为几个微米的小晶粒组成的。如钛酸钡、锆钛酸铅径为几个微米的小晶粒组成的。如钛酸钡、锆钛酸铅、锆钛酸铅镧等。、锆钛酸铅镧等。应用应用:1 1、把机械能转换成电能，制成高压电源，用于点火、把机械能转换成电能，制成高压电源，用于点火、触发和引爆等。如煤气灶的自动点火装置。触发和引爆等。
