第四節 新材料及其應用【溫故互查】1 質量的概念及計算公式。2 密度的概念及計算公式。【設問導讀】1納米材料（1）某些物質的尺度加工到 nm，它的物理性質或者化學性能與較大尺度時相比，發生了異常變化，這些物質組成的材料為 材料；（2）納米技術的應用：納米技術在工業、農業、能源、環保、醫療、國家安全等各個方面都有廣泛的應用。2.“綠色”能源新材料能制成各種高效的“綠色”能源。以電源為例，長期以來使用的干電池較輕便，但只能用一次，丟棄后會污染環境；鉛蓄電池能反復使用，但又太笨重；而新材料做成的鋰電池是有 等特點，已經被廣泛地用于移動通信、小型攝像機等設備上；硅光電池能夠把太陽能直接轉換成電能，并且完全 ，它廣泛應用于人造衛星和照明；氫燃料電池是使用化學元素氫制造成的儲存能量的電池，氫燃料電池具有 的優點，是汽車等動力設備名副其實的“綠色動力”。3記憶合金（1）有些合金在加熱時能像彈簧一樣被拉長和扭曲，冷卻后可以保持這個形狀不變；當再次加熱時，它們又恢復到被拉長或扭曲前的形狀.這種合金叫做形狀 ；（2）主要成分是： ；（3）物理特性：當溫度達到某一數值時，材料內部的 ，從而導致了外形的變化；（4）應用：如將記憶合金制成的彈簧安裝在熱水器的出水閥門內，當水溫超過某一溫度（例如80）時，彈簧自動伸長，將閥門關閉而停止出水，避免發生燙傷人的事故。【自學檢測】1在我國“三星堆遺址”的出土文物中，發現了用極薄的金箔貼飾的精美“金器”.黃金可以被做成極薄的金箔，主要是因為黃金的 （ ） A.延展性好B.硬度大C.彈性好D.密度大2光電池是一種把能轉化為 能的電池.硅光電池是一種典型的光電池，它主要用制成，這種電池性能、使用壽命，已廣泛用到電子計算器、收音機、玩具等方面，在人造衛星和其他太空儀器上也用它做電源.3鋰是密度最小的一種金屬，為 kg/cm3.一個鋰電池的體積為8.5cm3，它的質量為g.鋰電池的特點是小、 輕、能夠多次 、對環境污染 等特點，已經被廣泛應用于、 等設備上.4科普展覽會上有一種神奇的金屬花，它的花瓣是用一種特殊的金屬片記憶合金制成的。它具有記憶能力，燈光一照它會 ，如 圖（填“左”或“右”），關上燈又會 ，如 圖（填“左”或“右”）.【鞏固練習】1某班同學進行“使用塑料的利與弊”的辯論.甲方認為“利大于弊”，理由是：大部分塑料的抗腐蝕能力強，不與酸或堿反應等；乙方認為“弊大于利”，理由是：回收利用廢棄塑料時，分類十分困難，而且經濟上不合算等，你愿意加入方（填“甲”或“乙”），并寫出另一條理由.3觀察熱水瓶使用了哪些材料，采取了哪些保溫措施？4海南有著得天獨厚的地理和氣候優勢，盛產反季節瓜菜和海產品.在北運海產品的包裝箱中，一般都選用泡沫塑料制作.據你認為，在利用該材料的過程中：優點是 缺點是 【拓展延伸】1不同的材料具有不同的物理性質，如導熱性、導電性、磁性、密度、彈性、硬度、延展性等等.下面探究材料的硬度.探究器材 自選若干待測材料，如肥皂、泥塊、塑料、鋁片、陶瓷片等.探究過程 組成如圖所示的裝置；將被測材料置于一個空心豎直管的底部，從管的頂部釋放一只鋼釘，鋼釘作用在該材料上會產生一個小小的凹痕；從凹痕的大小和深度，判斷材料的硬度并排序.分析與結論 材料有軟有硬，較硬的材料能使較軟的材料產生，材料的硬度不同，不一樣。2閱讀材料俗話說得好，“人各有所長”世界上所有的材料跟人一樣，不可能十全十美，每一種材料都有自己的優點和缺點，科學家就研制出各種新型的復合材料，就是把兩種或兩種以上的材料結合在一起，使它們各自發揮自身的特長，避開各自的缺點.目前最重要的復合材料分為兩類：一類是纖維增強復合材料，主要是長纖維鋪層復合材料，如玻璃鋼（如圖甲）；另一類是粒子增強復合材料，如建筑工程中廣泛應用的混凝土.因為它們都是優勢互補的產品，所以它們有許多別的材料所沒有的優點.復合材料又輕又結實，它的比強度和比剛度較高.這兩個參量是衡量材料承載能力的重要指標.比強度和比剛度較高說明材料重量輕，而強度和剛度大，這是結構設計，特別是航空、航天結構設計對材料的重要要求.現代飛機、導彈和衛星等機體結構正逐漸擴大使用纖維增強復合材料的比例（如圖乙）.復合材料不知疲勞，它的抗疲勞性能良好。一般金屬的疲勞強度為抗拉強度的40%50%，而某些復合材料可高達70%80%，用復合材料制成的直升機旋翼，其疲勞壽命比用金屬制成的長數倍.復合材料的安全性好.在纖維增強復合材料的基體中有成千上萬根獨立的纖維，當用這種材料制成的構件超載，并有少量纖維斷裂時，載荷會迅速重新分配并傳遞到未破壞的纖維上，因此整個構件不至于在短時間內喪失承載能力.此外，復合材料還具有減振性能良好、能耐高溫、成型工藝簡單等許多的優點.請回答下列問題：（1）目前的復合材料分成哪幾類？（2）復合材料有哪些優點？（3）你知道哪些物體是由復合材料制成的嗎？請舉一例.【小資料】納米材料的應用非常廣泛，具體概括為以下幾點：1.在陶瓷領域的應用.隨著納米技術的廣泛應用，納米陶瓷隨之產生，它在1600高溫下能像橡皮泥那樣柔軟，在室溫下也能自由彎曲.因而克服了陶瓷的脆性，使陶瓷具有像金屬一樣的柔軟性和可加工性.2.用納米技術可以實現天梯.2002年3月中央電視臺新聞聯播曾做過報道：科學家能夠造出天梯，地點選在太平洋上.用來做天梯的材料就是碳納米管.這種材料從1991年被發現以來，就一直被譽為未來的材料.碳納米管在強度上大約比鋼強 100倍，其傳熱性能優于所有已知的其他材料.它有良好的導電性，在常溫下導電時，幾乎不產生電阻，科學家合成的碳納米材料在室溫下能儲存和凝聚大量的氫氣，用于燃料電池以驅動汽車等.它為“清潔能源”氫能的開發、利用提供了良好條件.3.在醫學上的應用.用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體后可立即搜索并攻擊癌細胞或修補受傷組織：在人體器官表面涂上某些納米粒子可防止器官移植后的排異反應.在生物醫學方面，納米科技更是潛力巨大.納米技術可以在微小尺度里重新排列遺傳密碼，基因生物制作技術就是典型的納米和基因生物學結合的產物.人類可以利用基因芯片迅速查出自己基因密碼中的錯誤，并迅速利用納米技術進行修正，使人類消滅各種遺傳缺陷的理想得以真正實現.仿生學將是納米技術大展宏圖的領域，人類可以制造出細胞內工作的機器人。并將其放入人體內，它可以在血液和細胞中工作，幫助我們清除垃圾和病兆，還我們一個健康的身體.4.在化工領域的應用.把納米技術運用到涂料中，使外墻涂料的洗刷性由原來約1000多次提高到10 000多次，老化時間也延長了兩倍多.輪胎通常是“一統天下”的黑色，原因是生產橡膠過程中需要加入炭黑末提高強度、耐磨性和抗老化性，但運用納米材料生產的輪胎不僅色彩鮮艷，性能也大大提高，輪胎側面膠的抗折性能由10萬次提高到50萬次。納米級的氧化鋅用于橡膠制品，可防止老化，提高耐磨性、抗摩擦起火，用于高級轎車輪胎、飛機輪胎上可提高安全系數.添加了納米氧化鋅的陶瓷釉面，具有不擦洗而自清潔的特性，在高層建筑和公路隧道中不便清洗的地方，這種自潔功能格外受歡迎.有些納米材料制成纖維布料.不僅可以殺菌、防臭也可擺脫在脫衣服時因摩擦而引起煩人的靜電現象.5.在軍事上的應用. 主要是在三個方面：一是在信息領域，使信息傳輸更快捷；二是用納米隱身材料，讓那些飛機、坦克成為隱形飛機、隱形坦克，讓敵方的雷達看不見它.三是用納米材料做成微小的納米機器，組成神通廣大的納米微型軍備.可以制成像針尖一樣大小的炸彈，像蒼蠅一樣大小的飛機.總之，一個嶄新的0.1100nm的世界提供給人類的將是不同于以往任何經驗的東西，它不僅會給人類生活帶來一場革命，還會使我們再一次地感受到：科學與技術正以日新月異的速度向前飛行發展