5.3.2 新型无机非金属材料-【精讲课堂】2022-2023学年高一化学同步精品课件（人教版2019必修第二册）

第三节 无机非金属材料 新型无机非金属材料 随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，一系列新型无机非金属材料相继问世，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。 高纯度的含硅元素的材料：单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能。 含碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域广泛应用。 硅太阳能电池 硅芯片 信息时代的核心元素——硅 1.硅和二氧化硅 (1)单质硅的性质 硅在第三周期、第ⅣA族，处于金属与非金属的过度位置，其单质的导电性介于导体和绝缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料。高纯度硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。 (2)自然界中的硅元素 硅是一种亲氧元素，在自然界中无游离态，以化合态存在，主要以硅酸盐(如地壳中的大多数矿物)和氧化物SiO2(如水晶、玛瑙)的形式存在。 自然界的硅 不存在单质硅 (3)高纯硅的制备阅读课本P22 1373K 石英砂 粗硅 SiHCl3(粗) 焦炭 高温 HCl 573K以上 粗馏 SiHCl3(纯) 高纯硅 H2 ①SiO2+2C Si(粗)+2CO↑ ②Si(粗)+3HCl====SiHCl3+H2↑ 573K以上 ③SiHCl3+H2==== Si(纯)+3HCl 1373K 从沙滩到用户 (4)晶体硅的用途 集成电路 　　　 晶体管 Si导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料，高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术，用作芯片和太阳能电池。 硅太阳能电池 电脑中央处理器（CPU） 价值5元的沙子 SiO2 Si 价值5000元的芯片 点沙 成金 从沙滩到用户 晶体硅的用途 信息革命时代，硅Si芯片的王者之路 【资料卡片】信息技术研究和顾问公司Gartner通过调查发现仅2016年全世界手机销量就多达15亿部。 2021年全球智能手机销量就达到13.5亿部 1956年基尔比发明第一块单晶硅Si集成电路 单晶硅切片 华为麒麟990芯片 （5）二氧化硅（SiO2） SiO2是硅最重要的化合物，地球上存在的天然二氧化硅称为硅石，约占地壳质量的12%，SiO2是一种难溶于水的非金属氧化物，硬度大，熔点高， 天然SiO2存在形态有结晶形和无定型形两大类。石英、水晶、玛瑙、沙子的主要成分是SiO2。 SiO2 的重要用途 二氧化硅可用来生产光导纤维。光导纤维的通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。 水晶、玛瑙饰品 耐高温的化学仪器 1970年 第一根满足信号传输的光导纤维问世 【资料卡片】光导纤维，简称光纤，利用光导纤维进行的通信叫光纤通信。一对金属电话线至多只能同时传送一千多路电话，而根据理论计算，一对细如蛛丝的光导纤维可以同时通一百亿路电话！铺设1000公里的同轴电缆大约需要500吨铜，改用光纤通信只需几公斤石英就可以了。沙石中就含有石英，几乎是取之不尽的。 SiO2制成的光导纤维 “光纤通信之父” 诺贝尔物理学奖得主——高锟 2.新型陶瓷 新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面有很多新的特性和功能，进一步拓展了陶瓷的应用领域。 习惯上把陶瓷(ceramics)分为传统陶瓷和特种陶瓷。 传统陶瓷是以粘土、长石、石英等天然矿物为原料经烧结而成的。特种陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超细微粒为原料特制而成。又称精细陶瓷、精密陶瓷。 二氧化锆 氧化铝陶瓷 【科学·技术·社会】 压电陶瓷： 透明陶瓷： 主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化，可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。 主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。 超导陶瓷： 在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。 高温结构陶瓷： 一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。 几种新型陶瓷简介 新型材料 成分 性能 主要应用 金刚砂 碳化硅(SiC) 硬度大、耐高温、抗氧化 磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料 高温结 构陶瓷 碳化硅、氮化硅、金属氧化物 耐高温、抗氧化、耐腐蚀 用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等 压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 能实现机械能和电能的相互转化 用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等 透明陶瓷 氧化铝、氧化钇等透明陶瓷；氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷 具