第十一单元跨学科实践活动10调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用课件--2025-2026学年九年级化学人教版下册

跨学科实践活动10 调查我国航天科技领域中新型 材料、新型能源的应用 碳纤维复合材料 ■ 核心优势： ● 高强度与低密度并存，比强度远超金属材料 ● 耐腐蚀、抗疲劳，适应太空极端环境 ■ 工程应用： ➤ 在嫦娥五号中用于着陆器本体结构 → 显著减轻重量 ➤ 提升燃料利用效率与着陆精度，保障任务成功 纳米复合材料结构 结构特征 ★ 多层屏蔽设计： 由纳米颗粒构成的梯度功能材料，逐层吸收与反射能量 ★ 均匀分散分布： 纳米粒子在基体中高度弥散，形成致密防护网络 ★ 界面效应增强： 大比表面积提升材料对电磁波和粒子的响应能力 功能机制 ● 温度调节： 通过调控纳米涂层发射率，实现卫星表面高效散热或保温 ● 宇宙射线防护： 纳米结构有效散射高能粒子，降低内部器件辐射损伤风险 ● 综合效益： 一材多用，减轻载荷，提高系统可靠性 生物可降解材料作用 研究优势 ★ 消除浮力对流： 在地面，密度差引发对流 → 干扰原子有序排列 微重力下对流几乎消失，利于获得均匀组织结构 ● 抑制沉淀分层： 重力导致重元素下沉 ➤ 材料成分不均 微重力环境可有效避免组分偏析 ■ 降低容器污染： 高温熔体不接触器壁 → 减少杂质引入 凝固差异对比 地面凝固现象 ● 明显分层结构： 密度差异导致元素沉降，形成枝晶偏析 ● 气孔与缩孔多： 重力作用下气体难以逸出，缺陷集中 ● 组织不均匀： 冷却速率受位置影响大，性能波动明显 太空凝固结果 ● 均匀致密结构： 微重力抑制沉降 → 晶体分布更均匀 ● 缺陷显著减少： 气泡自由上浮合并，孔隙率大幅降低 ● 可控凝固路径： 实现深过冷凝固，获得亚稳相新材料 活动设计与实施 任务一 了解我国宇航产品的基本情况 我国宇航产品的种类有哪些？其主要用途有哪些呢？ 活动设计与实施 任务一 了解我国宇航产品的基本情况 我国宇航产品的种类有哪些？其主要用途有哪些呢？ 活动设计与实施 任务二 了解宇航产品的材料选择基本情况 1. 查阅资料，结合金属材料、高分子材料等知识，了解并分析宇航产品的主体结构、外部涂层、功能部件等所使用的材料及其特点。 2.根据调查的材料信息完善示意图。 练习：学案第2题 活动设计与实施 任务三 了解宇航产品的能源选择 1.火箭的能源。查阅资料，结合燃烧、能量等知识，了解并分析火箭的推进剂，说明不同推进剂的特点。 练习：学案第3题 活动设计与实施 任务四 设想航天科技领域中未来的新型材料和能源 一. 新型材料 1.碳纳米管材料:碳纳米管具有极高的强度、刚度和导热性，重量却极轻。未来可用于制造航天器的结构部件，如机身、机翼等。 2.金属泡沫材料:金属泡沫是一种具有多孔结构的金属材料，兼具金属和泡沫的特性，有良好的吸能、减震、隔音效果，还具有较高的比强度和比刚度。 3.智能材料:如形状记忆合金、压电材料等，能够感知环境变化并做出相应的响应。 二.新型能源 1.巨大的能量，其能量释放效率远高于目前已知的任何能源。若能解决反物质的产生、储存和控制等技术难题，反物质能源将为航天器提供超强的动力，使星际旅行等超远距离的航天任务成为可能。 2.量子能源:利用量子领域的特殊现象，如量子隧穿、量子纠缠等开发新型能源技术。例如，通过量子隧穿效应实现能量的高效传输和转换，或利用量子纠缠实现能源的远程传输，为航天器在太空中获取和利用能源提供全新的方式。 3.暗物质能源:暗物质占宇宙物质的大部分，但目前对其性质和作用机制了解甚少。若能深入研究暗物质，找到利用暗物质释放能量的方法，将为航天领域带来取之不尽、用之不竭的能源，彻底改变航天能源的格局. 经典例题 例1.下列金属材料中，常用于航天领域的是（  ） A. 纯铁  B. 铝合金  C. 青铜  D. 铅锡合金  B 【解析】A 选项纯铁的密度较大，不符合航天领域对材料质量轻的要求，而且纯铁易生锈，耐腐蚀性能相对较差，所以纯铁不常用于航天领域，A错误。B 选项铝合金具有密度小、质量轻的特点，能有效减轻航天器的重量;同时铝合金强度较高，能满足航天领域对材料强度的要求，并且其耐腐蚀性能也较好，适合在复杂的太空环境中使用，所以铝合金常用于航天领域，B正确。C选项青铜是铜锡合金，其密度较大，质量相对较重，不利于航天器的轻量化设计，且在一些性能方面不如铝合金适合航天领域，所以青铜不常用于航天领域，C错误。D选项铅锡合金密度较大，同样不符合航天领域对材料质量轻的需求，所以铅锡合金不常用于航天领域，D错误。 例2.硼纤维有较好的耐热性，不与氯气和水反应，可与某些金属制成新型材料，在1200℃时氯化硼(BCl3)蒸气与干燥纯净的氢气反应可制得硼和氯化氢。下列说法不正确的是（     ） A.该反应中只有两种物质为气态 B.氯化硼可能会与水反应 C.含硼纤维的材料有耐热性    D.该反应需要在隔绝空气的条件下进行 A 例3.北京时间2024年10月30日4时27分，神舟十九号载人飞船乘夜色飞向浩瀚太空，发射取得圆满成功。神舟十九号航天员乘组顺利入驻“天宫”与神舟十八号航天员乘组会师。液氢、液氧可用作神舟飞船运载火箭的推进剂，下列说法不正确的是(     ) A.火箭升空是化学能转化为内能并最终转化为机械能的结果 B.用液氧来做推进剂是利用了液态氧的可燃性 C.液氢是高能清洁燃料，其本身无毒，燃烧产物是水，热值很大 D.运载火箭的铝合金外壳具有密度小、耐腐蚀、强度高的特性 B 例4.科技是第一生产力，近年来我国在科技领域取得了一系列辉煌成就。 （1）“福建号”航母在建造过程中大量使用特种钢。该特种钢的耐腐蚀性能比纯铁的______（填“好”或“差”）。 （2）“天舟号”货运飞船换装了以LiFePO4作正极材料的新型锂电池。已知LiFePO4中Li为+1价，PO43－为－3价，则其中Fe的化合价为________。 （3）“嫦娥号”月球登陆器表面覆盖了由聚酰亚胺和铝箔构成的多层保温材料。 ① 聚酰亚胺属于有机合成材料。聚酰亚胺中一定含有的元素是_____（填元素符号）C、H、O、N等。 ② 铝块可以制成铝箔是利用了铝的_____ （填“导电”或“延展”）性。 （4）“长征五号”大推力运载火箭助力我国天宫空间站建设。该火箭助推器使用煤油（含C11H24、C12H26、C13H28等分子）作燃料，液氧作助燃剂。 ① 煤油属于_____________（填“纯净物”或“混合物”）。 ② 煤油在氧气中充分燃烧，产物的化学式为____________。 好 +2  C 延展 混合物 CO2、H2O 自主突破 ■ 第二代复合材料： ① 突破大尺寸构件成型工艺 → 实现重型火箭轻量化 ② 新型树脂基体系提升刚度与可靠性 ■ 智能材料应用： ① 形状记忆聚合物用于太阳能翼展开机构 ② 镁合金电控箱验证抗辐射稳定性 月壤就地利用 经济价值 ■ 运输成本锐减： ● 从10万美元/公斤降至1万以下 ● 利用率超85% ➤ 打破地球依赖症 ■ 免添加剂烧结： ① 聚光太阳能达1300℃ ② 抗压强度超高强混凝土3倍 生态构建 ■ 榫卯式月壤砖： ① 3米厚墙屏蔽80%辐射 ② 可模块化快速拼装 ■ 原位纤维增强： ① 真实月壤制备玄武岩纤维 ② 提升建材抗月震与陨石冲击能力 1 2 绿色未来 生物可降解材料 ■ 应用于食品包装与废物处理 ■ 在轨分解为植物养分 → 支持生态循环 ■ 减少返回地球废弃物负担 可回收复合材料 ■ 失效部件原位重塑为工具或零件 ■ 聚酰亚胺泡沫支持在轨快速成形 ■ 实现资源高效再利用 战略意义 ■ 降低长期任务补给依赖 ■ 推动深空探测可持续模式 ■ 构建“零废弃”空间站样板 谢谢大家 $