专题二 化学与材料 课件-中职《化学(加工制造类)》同步教学(高教版)

专题二 化学与材料 陈金民 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，普通合金和新型合金等金属材料，塑料、橡胶、纤维等常见的高分子材料。通过认识高分子材料的结构，进一步形成“结构决定性质”的观念。 2.通过观察和了解塑料老化过程，学会用变化的观念理解塑料老化的原因和危害。通过环氧树脂胶黏剂配制过程，了解化学反应具有一定的速率，是可调控的，能利用化学反应速率解决实际问题。 3.通过观察硬币、铝合金门窗等物品的性质和特点，归纳总结合金共性；通过观察常见的塑料制品和橡胶制品等高分子材料的组成、性能及应用，依据它们的结构特点，推断高分子材料的结构，发展认知规律、总结规律的能力和利用规律解决实际问题的能力。 学习目标 4.通过实验初步学会环氧树脂胶黏剂的配制方法，能使用常用胶黏剂对各种常见材料进行黏结，初步形成发现、解释、分析、推理、归纳、总结等实验探究方法及应用能力；学会黏结过程中前处理、上胶、放置、检查等相关操作，并在操作过程中学会合作与沟通，体会质疑与批判，初步形成应用技术进行实践创新的能力。 5.通过查阅资料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，普通合金和新型合金等金属材料，高分子材料等各个领域的研究进展、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；形成探索未知、崇尚真理的意识和严谨求实的科学态度；认识化学与人类进步、社会发展和生态文明的关系，树立“绿色化学”理念，形成节约资源和可持续发展的观念。 photo LED（发光二极管，图T2-1-1 ）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？ 第一节 无机非金属材料 图T2-1-1  几种新型无机非金属材料的应用 一、特种陶瓷 photo 图T2-1-2  磨砂机研磨盘 图T2-1-2所示为磨砂机研磨盘配件，从它的名称和用途推测，你认为需要用什么材料制作该配件？ 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，主要包括高温陶瓷、超硬陶瓷、生物陶瓷、电子陶瓷等。 观察与认知 一、特种陶瓷 photo 图T2-1-3  高温陶瓷的应用 1.高温陶瓷 高温陶瓷是一类熔点为1 700 ~ 4 000 ℃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（图T2-1-3）。 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（图T2-1-4），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。 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（图T2-1-5）、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。 photo 一、特种陶瓷 图T2-1-4  发动机中的氮化硅陶瓷部件 photo photo 图T2-1-5  陶瓷假牙 图T2-1-6  压电陶瓷传感器 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（图T2-1-6）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。 photo 二、半导体材料 电视机、计算机等电子器件中都有晶体管（图T2-1-7）计算机CPU（图T2-1-8）和集成电路（图T2-1-9），是由很多个晶体管组成的，也推动着现代信息技术的发展和进步。那么，晶体管是由什么材料制成的？ 图T2-1-8  计算机CPU photo photo 图T2-1-7  晶体管 图T2-1-9  集成电路 观察与认知 二、半导体材料 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（图T2-1-10），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（图T2-1-11）。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 photo 图T2-1-10  单晶硅太阳能电池 photo 图T2-1-11多晶硅太阳能电池的应用 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。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（图T2-1-12 ）。 photo 图T2-1-12  n型半导体共价键结构 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（图T2-1-13 ）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。 photo 图T2-1-13 p型半导体共价键结构 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（图T2-1-14），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。 photo 图T2-1-14  砷化镓芯片和硅芯片信号处理方式 photo 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，如图T2-1-15所示，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。 图T2-1-15  5G芯片 扩展延伸 碳纤维复合材料具有耐高温、抗拉伸、比强度高、耐腐蚀、比模量高、密度小、耐久性好、受外界温度湿度影响小等特性，广泛应用于航空航天领域，主要应用于卫星外壳、火箭整流罩、无人机外部结构、精密设备支撑结构件以及大型结构桁架、太阳能电池机架等。 三、激光材料 舞台上绚烂的激光能营造氛围、烘托气氛，你知道这些激光（图T2-1-16 ）是怎么产生的吗？激光与普通灯光相比有什么特点？ photo 图T2-1-16  舞台上的激光 观察与认知 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。 激光材料由掺杂离子（活性离子）和基质材料组成。掺杂离子通常是稀土离子或过渡金属离子，基质材料一般是晶体和玻璃。 主要有“三大基础激光晶体”：掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体、掺钕矾酸钇(Nd:YVO4)晶体和掺钛蓝宝石(Ti:Al2O3)晶体。 应用在中、高功率激光，低功率小型化激光和可调谐、超快激光。 三、激光材料 利用激光的高亮度和高定向性特点，把激光辐射能量集中在较小的空间范围内，产生几千摄氏度到几万摄氏度的高温，任何金属或非金属材料都会迅速熔化或气化。 利用激光进行多种特殊的非接触特种加工作业。目前比较成熟的应用有激光焊接、激光划片、激光表面处理、激光打孔和激光切割等（图T2-1-17）。 在大型装备和建筑施工中，激光准直与定向技术有广泛的应用。利用氦氖激光器制成的激光指向仪、激光铅直仪、激光水准仪和激光经纬仪等（图T2-1-18），在大型船舶制造、大型建筑和筑路施工、管道和电缆铺设以及隧道开凿和矿井掘进等工程中应用效果很好。 三、激光材料 photo 图T2-1-17  激光打孔、激光切割 photo 图T2-1-18  激光铅直仪和激光经纬仪 扩展延伸 光伏太阳能发电是一个新兴能源领域，利用半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转变为电能，实现了太阳能向电能的转换。 高纯度晶体硅材料是最主要的光伏材料，可形成具有正负两极的太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳能电池板（组件），再配合控制器和逆变器就组装形成了光伏太阳能发电装置。 中国是世界上为数不多的几个有能力制造高纯度晶体硅的国家，具有从原料到设备再到应用系统的完整的光伏产业链。 光伏太阳能电池是中国装备对世界新能源的贡献，中国装备正在装备世界。 实践活动 传统汽车发动机一般用铸铁铸造，耐热性能有一定限度，需要用冷却水冷却，热能散失严重，热效率只有30%左右，绝大部分能量消耗在冷却系统中。为了进一步提高热效率，必须隔断在排气和冷却水中逸散的热。了解现代汽车发动机是如何有效地解决这个问题的 思考与应用 1.SiC材料与Si材料相比，性能更加优良，它的应用能有效实现我国节能降耗的目标。分小组查阅资料了解SiC器件主要应用于哪些领域，它对节能降耗做出了哪些贡献？制作演示文稿在班级分享。 2.激光可进行多种特殊的非接触特种加工作业，你知道这些行业包括哪些吗？激光给这些行业带来哪些方便？查阅资料，撰写小论文。 2020年11月10日，我国“奋斗者”号载人潜水器在全球最深的马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10 909 m，创造了中国载人深潜新纪录，体现了我国在海洋高技术领域的综合实力。马里亚纳海沟10 000 m处，水压超过110 MPa，对载人潜水器结构设计、材料、性能、成型和焊接技术等都有极高要求。 第二节 金属材料 图T2-1-1  “奋斗者”号载人潜水器 photo 观察表T2-2-1，合金与其组分金属相比性质有什么优越性。 合金是由两种或两种以上的金属（或金属与某些非金属）经一定方法熔合成的具有金属特性的物质。合金与其组分中任一种纯金属相比，熔点更低、硬度更大、抗腐蚀能力更强。所以合金的性能一般优于纯金属。钢铁、铝合金和铜合金是几种最常使用的普通合金材料。 一、普通合金 表 T2-2-1  铝合金和钢与其组分金属的性质比较 性质 铝 某种铝合金 铁 某种钢 熔点/℃ 660 500 ~ 635 1535 1300 ~ 1 400 硬度 柔软 高 较软 高 抗腐蚀能力 强 很强 弱 较强 观察与认知 photo 1.钢铁 一、普通合金 钢铁是是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。 将含碳量降到0.03%~2%，加入Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等元素中的一种或几种，形成延展性、硬度、耐磨性、耐腐蚀性更好的钢。 在普通钢中加入Mn制作的锰钢，锰钢硬度大、耐磨，可加工成工具。 不锈钢是普通钢加入Ni、Cr等多种元素形成的特殊钢材，它在空气中能保持金属光泽，具有不生锈的特性。 不锈钢的这些优良性能，使得它广泛应用在建筑装饰、日用品等领域。 图T2-2-2  几种钢铁和它们的制品 photo 2.铝合金 一、普通合金 铝合金是铝中加入Mg、Cu、Zn、Li等元素中的一种或几种形成的合金体系。金属铝强度低、耐磨性差，加入这些元素就形成了具有各种优良性能的铝合金。 Al-Li合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。Al-Zn合金广泛应用于制造飞机、舰艇和载重汽车等，可使它们更加轻量化的同时增加载重量、提高运行速度，并具有抗海水侵蚀，避磁性等特点。如图T2-2-3所示为飞机上的铝合金制品。 图T2-2-3  飞机上的铝合金制品 百年铝材百年航空，铝合金满足了不同时代飞机的发展要求。现代飞机轻量化、宽敞化、舒适化、长寿命、高可靠性和低成本的发展需求推动着铝合金材料的研究和发展。小组合作查阅资料，了解不同时代飞机中应用的铝合金材料和我国铝合金材料的研发和应用情况，制作演示文稿在班级分享。 实践活动 photo 激光切割已广泛应用于工业加工领域，图T2-2-4所示是切 割机的喷嘴，它是由某种合金制作而成的。你认为这种合金应该 具有哪些性质？ 一、普通合金 图T2-2-4  激光切割机喷嘴 3. 铜合金 观察与认知 photo photo 3.铜合金 一、普通合金 铜合金具有较高的强度、耐磨性和优异的塑性，良好的导电性和导热性，在大气、海水等许多介质中具有良好的耐腐蚀性，因而在电力、仪表、海水淡化、石油化工、船舶制造和机械制造等行业得到广泛的应用。 常见的传统铜合金有黄铜、青铜和白铜等。 在黄铜中添加1%的锡形成具有更强抗海水、大气腐蚀能力和更高耐热性的“海军黄铜”（图T2-2-5 ）。 高强度高导电铜合金用于制作集成电路引线框架（图T2-2-6 ）铜带，与传统铁镍系引线框架相比导电率更高，成本更低。 图T2-2-5  海军黄铜 图T2-2-6  集成电路引线框架 在教师组织下，分小组去附近的4S店、汽车修理厂、汽车制造厂参观交流，填写下列汽车配件所用的材料，并解释使用这些材料的原因，完成表T2-2-2。 实践活动 表 T2-2-2  汽车配件使用材料及原因 汽车配件 所用材料 使用原因 电线芯 汽车外壳 发动机 排气管 photo 观察图T2-2-7所示的几种新型合金，你能想到有这些特殊性质的合金分别是什么吗？ 二、新型合金 图T7-2-7  几种新型合金 观察与认知 1. 储氢合金 储氢合金（图T7-2-8 ）是一种具有储存和释放氢气功能的新型合金材料。它能可逆地与氢形成金属氢化物，实现储氢和放氢的过程。 储氢合金储氢的密度大于液态氢，储氢过程不需要消耗能量，放氢过程消耗的能量也不高，工作压力低，操作简便、安全。 主要有稀土镧镍系合金、铁钛系合金、镁系合金、钛锆系合金和碱金属、碱土金属与第三主族元素形成的配位氢化物等。 可应用在氢燃料电池领域，氢燃料电池已应用在混合动力汽车中。 二、新型合金 photo 图T7-2-8  几种新型合金 2. 形状记忆合金 形状记忆合金是具有记忆形状并能自动恢复形状能力的新型合金，这种特性具有很高的应用价值。 用形状记忆合金丝在高温绕制成一个紧密的螺旋弹簧（图T2-2-9），低温时对弹簧施加拉力将其拉长，当将弹簧加热到一定温度时，便能自动恢复到绕制时的紧密形状。 二、新型合金 photo 图T2-2-9  形状记忆弹簧 2. 形状记忆合金 形状记忆合金丝制成的螺旋弹簧是实用的温度控制元件，在自动控制系统中既是传感元件又是驱动执行元件，有很好的灵敏度和可靠性，可反复动作近百万次，有很长的使用寿命。 形状记忆合金主要有钛镍、铜基和铁基三类合金。 由于它们的形状记忆特性和良好的机械性能、耐腐蚀性能、超弹性、生物相容性，形状记忆合金已经在航空航天领域、汽车制造领域、生物医学领域和日常生活领域广泛应用。 二、新型合金 3. 超导合金 二、新型合金 在一定温度下电阻突然消失的现象称为“超导”现象，具有这种现象的合金就是超导合金。常见的超导合金有铌钛合金（Nb-Ti）、铌锆合金（Nb-Zr）、铌锆钛合金（Nb-Zr-Ti）、铌钛钽合金（Nb-Ti-Ta）等。合金出现“超导”现象需要达到临界温度，通常是在约25 K的低温环境中，比如液氢环境或者液氮环境。超导合金线材（图T2-2-10 ）的工作温度就是液氮（-196 ℃）环境。 photo 图T2-2-10超导合金线材 photo 3. 超导合金 二、新型合金 photo 零电阻现象和完全抗磁性是超导合金的两大基本特性。超导合金材料在磁体、电子仪器和器件、电网改造等方面都有应用，如制作抗磁性无摩擦轴承（图T2-2-11 ）、磁悬浮列车（图T2-2-12 ）。 铌锆钛合金和铌钛钽合金就是广泛使用的超导合金线材，可用于制作小而轻且耗电量低的超导磁体，超导磁体可以产生更高的磁场，可应用在对人体无害且更精准的核磁共振层析扫描诊断仪，或应用在发电效率更高、容量更大的磁流体发电机。 图T2-2-11  抗磁性无摩擦轴承 图T2-2-12  磁悬浮列车 2019年2月21日我国首条公里级高温超导电缆示范工程在上海启动。2019年12月5日，中国科学院成功研制出中心磁场高达32.35 T的全超导磁体，突破了低温超导磁体产生的磁场强度上限23.0 T。小组合作，查阅更多超导材料实际应用的新闻和案例，制作宣传海报或微信公众号推文，向校内其他专业的同学普及超导材料的知识和应用。 实践活动 1.我国自主研发、设计制作的超级全地面起重机，起重能力达1 600 t，极限起重能力达4500 t，居世界第一，可用于核电和石化工业等大型结构部件吊装。吊装臂是起重机的关键部件，是由数节体积不同的钢管组成，在吊装过程中可以自由伸缩，最长的吊装臂可以伸长到100 m。如果你是设计团队的一名成员，你会选择什么样的钢管制作吊装臂。查阅资料，了解相关信息，将你考虑的因素和最终的选择用小论文的形式呈现出来。 思考与应用 2.超导技术是21世纪具有巨大发展潜力和重大战略意义的技术。超导材料的特性有哪些？应用前景广阔的领域主要有哪些？查阅资料了解相关信息，撰写小论文 3. 储氢合金储氢更安全、更可靠，查阅资料了解储氢合金在新能源汽车领域的应用前景，制作海报在学校交流。 4. 在普通钢中加入Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等元素就能制成不同类型的钢，分小组选择其中的1 ~ 2种钢，自制道具，自拟台词，以“钢铁盛会”为题表演话剧。 思考与应用 当嫦娥五号探测器完成采集月壤的任务后，在月球表面完美展示了五星红旗（图T2-3-1），并且向地球传回了照片。照片中的国旗颜色鲜艳，棱角分明。在月球上高度真空、-150 ~ 150 ℃的温度、极强紫外辐照等极端环境中，国旗依然红得炽热、黄得灿烂。你知道制作这面国旗的故事吗？ 第三节 高分子材料 图T2-3-1  月球上的五星红旗 photo 高分子材料是指以高分子化合物为基本组分，加入适当助剂，如填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂等，经过一定加工制成的材料，也称为聚合物材料。 按照来源，高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料。 第三节 高分子材料 在合成有机高分子材料的主链或支链上接上显示某种功能的官能团，使高分子在光、电、磁、声、热、化学、分离、生物智能、医学应用等方面具有特殊功能的有机高分子材料称为功能高分子材料。 功能高分子材料的种类很多，有高分子膜、高分子吸附剂、医用高分子、超导高分子、光致变色高分子等。 在物质分离、能量转换、环境保护、临床治疗、药物合成、日常生活以及军事和尖端科技等领域都得到了成功的应用。 一、功能高分子材料 由人造羊毛——聚丙烯腈和喷镀铝钛金属的反射膜制成的“太空棉”，由于具有优于鸭绒的高保暖性在市场上颇受青睐； 由高吸水性高分子材料制成的婴儿纸尿片，在吸收超过自几百倍甚至上千倍的水时只会体积膨胀，却不会因加压挤出水来； 以硅聚合物和聚氨酯为代表的医用高分子材料可用于制造人造皮肤、人造肌肉、人造器官、人造骨骼等。 一、功能高分子材料 功能高分子材料主要有三大特点： （1）品种多，如催化各种不同反应需要不同种类的高分子催化剂；分离不同对象如气体、液体、离子等需要不同的高分子分离膜； （2）专一性强，如能从海水中选择性地吸附K+的高分子螯合树脂，除了吸附K+外，对其他离子基本不吸附； （3）可以通过多种途径增加或增强其功能。 在同一高分子上连接不同的功能基团，通过它们之间的相互作用增强它们的特殊功能；也可通过共聚的方法制备含有两种或两种以上功能基团的高分子材料。 一、功能高分子材料 由两种以上物理和化学性质不同的物质，经人工组合而得的性能优良的多材质材料称为复合高分子材料。 复合高分子材料改善和克服了单一材料的诸多缺点，具有更加优异的综合性能。 由玻璃纤维和聚酯类树脂复合而成的“玻璃钢”，不仅强度远超过普通钢材和合金钢材，隔热效果比金属高出成百上千倍，而且耐腐蚀、易成形、易加工。 由酚醛树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂和芳纶压制而成的复合材料可做成头盔、防弹板、防弹背心等，其保护性能较钢质材料提高30%。 二、复合高分子材料 图T2-3-2  神舟飞船 photo 高性能化和复合化使新型复合高分子材料在汽车工业、机械工业、体育用品、人类健康特别是航空航天工业领域得到了广泛的应用。 集合了强度高于合金、质量轻于合金，且耐高温、耐高压、耐腐蚀等诸多优点的新型树脂基复合材料就在美国“阿波罗”登月飞船上多处采用。图T2-3-2为使用复合高分子材料的神舟飞船。 二、复合高分子材料 拓展延伸 纳米材料是指尺寸范围在1 ~ 100 nm的材料。 按照纳米材料的基本单元可分为三类：零维材料，指三维方向均为纳米尺度；一维材料，指有两维在纳米尺度；二维材料，指有一维在纳米尺度。 目前在信息能源、化学化工、光学材料等方面，纳米材料都展现出了广阔的前景。 在能源利用上，经染料敏化的纳米晶TiO2光伏电池，具有较高的光电转换效率。 在化学化工方面，由于纳米颗粒尺寸小，表面原子所占比例大，表面原子配位不全等导致表面活性位增加，所以催化是纳米超微颗粒应用的重要领域。 拓展延伸 TiO2在可见光的照射下对碳氢化合物有催化作用，利用这一效应在玻璃的表面涂上一层纳米TiO2薄层，可以起到很好的保洁作用，国家大剧院采用的自清洁玻璃屋顶就是利用了这一效应（图T2-3-3）。 pto 图T2-3-3  国家大剧院采用自清洁玻璃屋顶 拓展延伸 纳米材料具有特殊的光学特性，纳米颗粒与树脂结合可用于紫外吸收。比如塑料制品在紫外光照射下很容易老化，在表面涂上一层含纳米颗粒的透明涂层，对紫外光有强吸收性能，可以防止塑料老化。 由于纳米材料具有独特力学、电学及光学性能，纳米材料已成为全球性的研究热点，我们期待它有越来越多的应用，为人类带来更多的利益。 1.工程塑料有较高的力学性能，耐热性、耐腐蚀性也比较好，可以代替金属材料。你知道的工程塑料有哪些？说出它们的应用实例。 2.为了进一步减轻飞机的质量，设计出一种材料替代铝合金。你打算选用哪一类材料？这种材料应该具备哪些特征？写一篇小论文论述你的设想。 3.随着科技的发展，人们的需求不再是单一高分子材料可以满足的，根据结构、性能和市场的需求进行优化组合的高分子复合材料应运而生。电功能高分子复合材料、热功能高分子复合材料、光功能高分子复合材料等已经开始为我们的生产生活服务，如导电硅橡胶。你还能举出更多的例子吗？选出自己感兴趣的高分子复合材料，制作演示文稿在班级交流。 思考与应用 【实验任务】 1. 按不同的配比配制胶黏剂。 2. 完成粘连模具的前处理；完成模具的粘连及粘连结果检查。 学生实验：胶黏剂的配制与使用 实验目的 1. 学会胶黏剂配制和使用方法。学会待粘连模具的前处理。 2. 能用规范的语言准确描述粘连过程的现象和效果。 3. 养成细心观察，如实记录的严谨的工作态度。 实验用品 1.试剂：环氧树脂（凤凰牌 E51）1桶、固化剂（T593固化剂）1桶。 2.仪器：测量器皿3只、混合器皿3只、搅拌棒3根、模具（金属片、塑料片、陶瓷片、塑胶片、木材片）若干。 一、准备工作 将实验材料放置就位，并在3只混合器皿上贴上标签2∶1、3∶1、5∶1。将模具分成3组，也分别贴上标签2∶1、3∶1、5∶1。 二、配制过程 1.配比设置 环氧树脂和固化剂的规定配比是3∶1 ~ 8∶1（质量比），按照2∶1、3∶1、5∶1的配比分别配制。 2.配制方法 用一只测量器皿量取100 mL固化剂，注入混合器皿中，再用另一只测量器皿量取300 mL环氧树脂注入混合器皿中，在10 ~ 15 ℃的条件下混合，用搅拌棒搅拌，以2∶1、5∶1的配比混合配制。 实验内容及步骤 三、黏结过程 1.前处理 待粘连的模具需要去除表面油污等杂质，并将表面打磨到粗糙，用蒸馏水冲洗干净，晾干，自然冷却至室温。 2.上胶 取少量胶黏剂涂抹在待黏结的3组模具端面，胶层要薄而均匀。 3.放置 将两片模具对准胶合面合拢，使用适当的夹具使黏结部位在固化过程中保持定位。在10 ~ 15 ℃、无阳光直射的条件下放置，待完全固化。 4.检查 放置一段时间检查固化情况。观察记录三种混合物的固化过程中有无发热、混合物状态变化、固化时间长短。 实验内容及步骤 回顾与总结 一、无机非金属材料 1.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，它们具备光、电、磁、化学和生物学等方面的特性和功能，主要包括高温陶瓷、超硬陶瓷、生物陶瓷、电子陶瓷等。 2.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。半导体材料主要有硅、砷化镓、磷化铟、磷化镓、氮化镓、碳化硅和金刚石等。 3.激光材料由掺杂离子（活性离子）和基质材料组成。掺杂离子通常是稀土离子（Nd3+、Er3+、Ho3+、Tm3+、Yb3+ 等）或过渡金属离子（Cr3+、Ti3+等），基质材料一般是晶体、玻璃。目前主要有“三大基础激光晶体”，分别是掺钕钇铝石榴石 (Nd:YAG) 晶体、掺钕矾酸钇 (Nd:YVO4) 晶体和掺钛蓝宝石 (Ti:Al2O3) 晶体。 回顾与总结 二、金属材料 1.合金是由两种或两种以上的金属（或金属与某些非金属）经一定方法熔合成的具有金属特性的物质。钢铁、铝合金和合金是几种最常使用的普通合金材料。 2.合金与其组分中任一种纯金属相比，熔点更低、硬度更大、抗腐蚀能力更强，所以合金的性能一般优于纯金属。 3.有些合金材料在某些方面有远优于普通合金材料的特性，如储氢合金、形状记忆合金和超导合金等，称为新型合金。 回顾与总结 三、高分子材料 1.常见的合成高分子材料 （1）在合成高分子材料中，塑料的产量最大，广泛应用于日常生活、工农业生产和国防建设。它的种类繁多，常见的有聚氯乙烯、酚醛树脂、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯等。塑料都是由单体聚合而成的，如聚氯乙烯是由氯乙烯聚合而成。 （2）橡胶是一类具有高弹性的高分子化合物。主要品种有：丁苯橡胶、顺丁橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶等。橡胶也是由单体在一定条件下聚合而成，如丁苯橡胶由丁二烯、苯乙烯在一定条件下聚合而成。 回顾与总结 三、高分子材料 2.高分子基高性能复合材料 通过工艺将不同类型的材料复合，得到比单一材料性能更优越的复合材料。 以高分子化合物为基体的复合材料称为高分子基复合材料。玻璃钢就是一种以合成树脂为基体，复合玻璃纤维形成的高分子基高性能复合材料。 玻璃钢耐化学腐蚀性、电绝缘性和机械加工性能优越，且具有耐水、耐磨、耐撞、产品美观、制造方便等特性。 回顾与总结 四、学生实验 配制环氧树脂胶黏剂，使用常用胶黏剂对金属与金属、橡胶与橡胶、陶瓷片与陶瓷片、金属与陶瓷片、木材与陶瓷片等材料进行黏结，黏结过程要经过前处理、上胶、放置、检查等相关操作。 谢谢！ $$