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第二章 氣體、液體和固體
粵教版 選擇性必修三
第六節 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
理想氣體狀態方程
玻意耳定律
查理定律
毛細現象
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、液態和固態是最常見的三種物質形態，這些不同形態物理材料的應用，對人類社會的發展起到了重大的推動作用。
歷史學家們根據人類使用的材料來劃分時代：
每一次新材料的開發和使用，都標志著人類社會生產水平的一大跨越，都推動人類社會邁上新的臺階。
01
半導體材料
02
納米材料
03
超材料
CONTENTS
Part 01
半導體材料
半導體到底是什么？
知識回顧
1. r < 10 –6 W m 的物體叫做導體。
2. r > 10 5 W m 的物體叫做絕緣體。
3.導電性能介于導體和絕緣體之間的物體叫做半導體。
半導體:導電性能介于導體和絕緣體之間，電阻率隨溫度的升高而減小，導電性能由外界條件所控制，如改變溫度、光照、摻入微量雜質等。
導體、絕緣體、半導體
典型半導體材料：硅、鍺、砷化鎵等
導體
絕緣體
半導體
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。
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
二極管
芯片
光/熱生伏特效應
光伏材料——太陽能發電
熱電材料——航天探測器
Part 02
納米材料
二、納米材料
納米尺度：
納米材料即三維空間中至少有一維處于納米尺寸(1-100 nm)的材料。
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，發生了異常的變化，具有一些特殊的用途。
（一）納米材料的特點
1.防水防油
荷葉的自潔效應
用納米技術制作的衣服
具有防污等多種功效
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。
（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
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。
（一）納米材料的特點
1.防水防油——荷葉的自潔效應。
2.強度高和韌性大
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良容器，儲存的氫氣密度甚至比液態或固態氫氣還高。
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。
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。
（一）納米材料的特點
1.防水防油——荷葉的自潔效應。
2.強度高和韌性大
4.納米材料能改變材料的表面活性和生物活性。
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。
空調
洗衣機
冰箱
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。
（一）納米材料的特點
(3)醫學上: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。
雷達隱身戰機
以納米磁性材料為載體的靶向藥物
（一）納米材料的特點
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
Part 03
超材料
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。
（一）左手材料
左手材料是一種介電常數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”。
左手定則
右手定則
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“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象
（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。
四、新材料的分類
新材料根據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。
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
課堂小結

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