专题二 第一节 无机非金属材料（课件）-【中职专用】高中化学同步精品课堂（高教版2023·加工制造类）

化学（加工制造类） 2.1 无机非金属材料 专题二 化学与材料 1．能从原子的结构和组成出发，初步 学习目标 与核心素养 【学习目标】 1.能依据典型材料的组成和性质辨识半导体材料、特种陶瓷和激光材料等无机非金属材料。 2.了解我国在半导体材料、特种陶瓷和激光材料等无机非金属材料领域的研究发展、应用、发展水平和发展前景，了解化学对社会发展和人类生产、生活的重大贡献 【核心素养】 通过了解特种陶瓷、半导体材料以及激光材料的性质和发展水平，培养学生科学态度与社会责任等化学学科核心素养 LED（发光二极管 ）显示屏、人工关节和舞台激光，你知道它们都是由什么材料制造的吗？ 导入 一、特种陶瓷 特种陶瓷是以氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等为主要原料，采用现代材料工艺制备而成的新型陶瓷，具备光、电、磁、化学和生物学等方面的特性和功能。 图T2-1-2  磨砂机研磨盘 特种陶瓷 高温陶瓷 超硬陶瓷 生物陶瓷 电子陶瓷 一、特种陶瓷 1.高温陶瓷 高温陶瓷是一类熔点为1700 ~ 4000 ℃的高温材料，具有抗热震性好、高温强度好、致密度高等特性。可以用于金属冶炼的氧化物材料或者耐火耐高温材料。 一、特种陶瓷 2.超硬陶瓷 超硬陶瓷是一类硬度接近金刚石的材料，它耐磨损，热稳定性和化学稳定性好。如氮化硅陶瓷制成的陶瓷发动机部件，硬度高、耐磨损，不需要水冷系统，使热效率大幅度提高，并节省燃料，减轻汽车质量。 一、特种陶瓷 3.生物陶瓷 生物陶瓷是一类对健康无害、机体无排斥反应且不能被生化作用破坏的陶瓷材料。生物陶瓷可用于制作人造骨骼、牙齿、牙根、关节、心脏的心瓣、血管、眼睛等。例如，用氧化铝陶瓷做成的陶瓷假牙、膝关节、肘关节、肩关节等，外层坚硬、里面有微孔，便于骨髓与体液浸入，更接近人体组织结构，机体排斥反应小。 一、特种陶瓷 4.电子陶瓷 电子陶瓷是一类具有压电、光电和电光功能的陶瓷材料。它能实现光电信号或者机械信号与电信号的相互转换。例如压电陶瓷传感器它十分敏感，可以将极其微弱的机械振动转化成电信号，常用于声呐系统、气象探测、环境保护、家用电器和医学检验等。 实践活动 在教师组织下，分小组走访附近的切削工具市场、电器市场，并查阅资料，了解特种陶瓷材料在切削工具、微波器件、介电材料等领域的应用，制作演示文稿，在班级中交流。 二、半导体材料 晶体管 计算机CPU 集成电路 半导体材料是指电阻率在10-3~109 Ω·cm，介于金属和绝缘体之间的材料。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料，支撑着通信、计算机、家电与网络技术等电子信息产业的发展。半导体材料主要有硅、砷化镓、磷化铟、磷化镓、氮化镓、碳化硅和金刚石等。 二、半导体材料 1.硅半导体材料 单晶硅和多晶硅是最早使用的半导体材料，用于制作二极管、晶体管、集成电路、太阳能电池等。最早问世的太阳能电池就是单晶硅太阳能电池，之后出现多晶硅太阳能电池，在公路、铁路、航运交通信号灯和日常照明中广泛应用。硅材料储备丰富、价格低廉、热性能和机械性能优良，目前，硅半导体材料仍是电子信息产业最主要的基础材料。 单晶硅太阳能电池 拓展延伸 在硅晶体中，每个硅原子最外层有4个电子，与其他硅原子的电子形成共价键，电子不能自由运动，因此纯晶体硅不是电的良导体。 拓展延伸 如果在纯晶体硅中掺入五价元素（如磷）取代晶格中硅原子的位置，那么就会多出来1个电子，这个电子成为自由电子，在晶体中自由运动，硅也就能够导电。这种靠自由电子导电的半导体就是n型半导体。 拓展延伸 如果在硅晶体中掺入三价元素（如硼），它会从临近的硅原子中吸引1个电子形成共价键，硅晶体中就形成了1个带正电荷的“空穴”，这时硅也能导电，这种有空穴的半导体就是p型半导体。 将p型半导体与n型半导体制作在同一块硅片上，它们的交界面能形成pn结。pn结具有单向导电性，可以制作半导体整流管。pn结受到光照后能产生电动势，利用这一特性可制造太阳能光电池。 二、半导体材料 2.砷化镓半导体材料 砷化镓制作的半导体器件具有硅半导体器件所不具有的高频、高速和光电性能，并可在同一芯片同时处理光电信号，是新一代通信材料，用于制作各种微波管、激光管、红外发光管、高速集成电路等，是雷达、微波通信、光纤通信、磁场控制、高速计算机、移动通信等领域广泛应用的新一代半导体材料。 二、半导体材料 3.碳化硅和氮化镓半导体材料 碳化硅和氮化镓半导体材料，可以研制不同光谱的LED（发光二极管）、高温大功率电子器件和高频微波器件，这些器件可以在高温环境中工作，并且易冷却，有高频操作的优势。 5G芯片 三、激光材料 激光是一种受激发辐射放大的光，具有高定向性、高单色性、高相干性、高亮度性以及可调谐等特点，在军事、工业、医疗等领域广泛应用