1、常見的復合材料常見的復合材料材料材料 材料是人類賴以生存和發展的物質基礎，是人材料是人類賴以生存和發展的物質基礎，是人類進步的里程碑。歷史上的石器時代、青銅器時代、類進步的里程碑。歷史上的石器時代、青銅器時代、鐵器時代都是以材料作為時代主要標志的。鐵器時代都是以材料作為時代主要標志的。 石器、陶瓷、鐵、銅、玻璃、水泥、有機高分石器、陶瓷、鐵、銅、玻璃、水泥、有機高分子（如塑料等）、單晶材料，每一種新型材料的研子（如塑料等）、單晶材料，每一種新型材料的研制成功，都引起人類文化和生活的新變化。沒有半制成功，都引起人類文化和生活的新變化。沒有半導體材料，便不可能有目前的計算機技術；沒有耐導體材料，便

2、不可能有目前的計算機技術；沒有耐高溫、高強度的特殊結構材料，便沒有今天的宇航高溫、高強度的特殊結構材料，便沒有今天的宇航工業；沒有低損耗的光導纖維，也就沒有現代的光工業；沒有低損耗的光導纖維，也就沒有現代的光通訊；沒有有機高分子材料，人們的生活也不可能通訊；沒有有機高分子材料，人們的生活也不可能像今天這樣豐富多彩。像今天這樣豐富多彩。材料的發展歷程：材料的發展歷程： 石器石器陶器陶器青銅器青銅器鋼鐵的使用鋼鐵的使用合成材料的使用合成材料的使用新型材料的使用新型材料的使用合成材料的廣泛應用你知道生活中還有哪些物品是由合成材料制成？你知道生活中還有哪些物品是由合成材料制成？一、復合材料的原理一、復

3、合材料的原理結合兩種或兩種以上的材料，用一種結合兩種或兩種以上的材料，用一種材料的強度彌補另一種材料的弱點。材料的強度彌補另一種材料的弱點。復合材料強度總高于組成它的材料復合材料強度總高于組成它的材料復合材料復合材料碳纖維碳纖維高分子膜高分子膜合成纖維合合成成纖纖維維合成高分子化合物合成高分子化合物藍藍色色滌滌綸綸連連衣衣裙裙6565滌滌3535棉棉女女風風衣衣 合成纖維合成纖維合成纖維合成纖維尼尼龍龍的的分分子子結結構構模模型型 尼尼龍龍軟軟底底毛毛靴靴 歷史上首先發明的一種合成纖維歷史上首先發明的一種合成纖維尼龍：尼龍： 合成橡膠合成橡膠合成材料的廣泛應用全塑汽車合成材料的廣泛應用塑料管材

4、塑料管材合成材料的廣泛應用防彈衣防彈衣宇宇宙宙服服防火服防火服新材料：新材料： 指新出現或指新出現或正在發展中正在發展中的、具有的、具有優異特性優異特性和和功能功能并能并能滿足技術進步滿足技術進步所需的材料所需的材料. . 新材料：新材料： 光電子信息材料光電子信息材料先進復合材料先進復合材料超級陶瓷材料超級陶瓷材料新型金屬材料新型金屬材料新型高分子材料新型高分子材料超導材料超導材料樹脂基復合材料 金屬基復合材料陶瓷基復合材料 碳纖維復合材料 納米陶瓷 記憶合金、鋁合金、金屬玻璃 導電塑料做成的塑料電池人工器官、可降解材料、高吸水性高分子 二、生活中的常見材料二、生活中的常見材料玻璃、水泥、陶

5、瓷玻璃、水泥、陶瓷金剛石鉆頭金剛石鉆頭手表上的手表上的“1919鉆鉆”( (人造紅寶石軸承的數目人造紅寶石軸承的數目) )玻璃刀（金剛砂）玻璃刀（金剛砂）石英鐘表石英鐘表煤氣爐中的電子打火煤氣爐中的電子打火彩電（熒光材料）彩電（熒光材料）海底電纜（光導纖維）海底電纜（光導纖維）電腦的電腦的CPUCPU（單晶硅）（單晶硅）隱形飛機（特殊光學材料）隱形飛機（特殊光學材料）( (壓電陶瓷壓電陶瓷) )1 1。高溫結構陶瓷。高溫結構陶瓷(1)(1)氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷高壓鈉燈燈管、高壓鈉燈燈管、 高溫結構材料與金屬材料的性能比較：高溫結構材料與金屬材料的性能比較： 耐高溫、耐腐蝕、硬度大、耐磨損、不怕

6、氧化。耐高溫、耐腐蝕、硬度大、耐磨損、不怕氧化。 金屬材料：金屬材料： 易受腐蝕、不耐氧化、不適合高溫時使用易受腐蝕、不耐氧化、不適合高溫時使用 高純氧化鋁透明陶瓷管高純氧化鋁透明陶瓷管氧化鋁陶瓷制品氧化鋁陶瓷制品高溫結構材料高溫結構材料: :(2)(2)氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 此外，高溫結構陶瓷還有：氮化硼陶瓷、碳化此外，高溫結構陶瓷還有：氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷、硼陶瓷、 、 等。等。SiSi3 3N N4 4基陶瓷球軸承基陶瓷球軸承氮化硅陶瓷部件氮化硅陶瓷部件沙漠車沙漠車氧化鋯陶瓷氧化鋯陶瓷碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷(3)(3)人造寶石人造寶石 紅寶石和藍寶石的主要成分都是紅寶石和藍寶石的主要成分

7、都是AlAl2 2O O3 3（剛（剛玉）。玉）。 紅寶石呈現紅色是由于其中混有少量含鉻化紅寶石呈現紅色是由于其中混有少量含鉻化合物；合物； 而藍寶石呈藍色則是由于其中混有少量含鈦而藍寶石呈藍色則是由于其中混有少量含鈦化合物。化合物。 19001900年，科學家曾用氧化鋁熔融后加入少年，科學家曾用氧化鋁熔融后加入少量氧化鉻的方法，制出了質量為量氧化鉻的方法，制出了質量為2g-4g2g-4g的紅寶石。的紅寶石。 現在，已經能制造出大到現在，已經能制造出大到10g10g的的紅寶石和藍寶石紅寶石和藍寶石。 1870 1870年，英國科學家丁達爾做了一個有年，英國科學家丁達爾做了一個有趣的實驗：讓一股

8、水流從玻璃容器的側壁細趣的實驗：讓一股水流從玻璃容器的側壁細口自由流出，以一束細光束沿水平方向從開口自由流出，以一束細光束沿水平方向從開口處的正對面射入水中。丁達爾發現，細光口處的正對面射入水中。丁達爾發現，細光束不是穿出這股水流射向空氣，而是順從地束不是穿出這股水流射向空氣，而是順從地沿著水流彎彎曲曲地傳播。這是光的全反射沿著水流彎彎曲曲地傳播。這是光的全反射造成的結果。造成的結果。2 2。光導纖維（光纖）。光導纖維（光纖）光導纖維（二氧化硅）光導纖維（二氧化硅）主要特性主要特性抗干擾性能好，不發生輻射；通抗干擾性能好，不發生輻射；通訊質量好；訊質量好；質量輕、耐腐蝕質量輕、耐腐蝕主要用途主

9、要用途 除用于通訊外，還用于醫療、信除用于通訊外，還用于醫療、信息處理、息處理、傳能傳像、遙測遙控、照明傳能傳像、遙測遙控、照明等。等。是高質量傳導光的玻璃纖維，信是高質量傳導光的玻璃纖維，信息高速公路的息高速公路的“基石基石”(1)(1)光導纖維的特點和用途：光導纖維的特點和用途：光光 纖纖 光光 纜纜 普普 通通 電電 纜纜 信息量大信息量大, ,每根光纖理論上可同每根光纖理論上可同時通過時通過1010億路電話億路電話 8 8管同軸電纜每管同軸電纜每條通話條通話18001800路路 原料來源廣原料來源廣( (石英玻璃石英玻璃),),節約有節約有色金屬色金屬 資源較少資源較少 質量小質量小,

10、 ,每公里每公里27 g,27 g,不怕腐蝕不怕腐蝕, ,鋪設方便鋪設方便 每公里每公里1.6 t 1.6 t 成本低成本低, ,每公里每公里1 1萬元左右萬元左右 每公里每公里2020萬元萬元 性能好性能好, ,抗電磁干擾保密性強抗電磁干擾保密性強, ,能能防竊聽防竊聽, ,不發生電輻射不發生電輻射 (2)(2)光纖光纜與普通電纜比較光纖光纜與普通電纜比較 真正的光通信時代。真正的光通信時代。目前的光纖通信，是把聲音或圖象通過電話機或電目前的光纖通信，是把聲音或圖象通過電話機或電視攝像機變成電信號，再通過光調制機對激光光源視攝像機變成電信號，再通過光調制機對激光光源進行調制，把電信號變成光信

11、號，由光導纖維傳送進行調制，把電信號變成光信號，由光導纖維傳送到接收端，接收端的激光接收機通過光電轉換器，到接收端，接收端的激光接收機通過光電轉換器，把光信號還原成電信號，進入電話機或電視機，重把光信號還原成電信號，進入電話機或電視機，重現發送的聲音或圖象。未來的光纖通信，可以不用現發送的聲音或圖象。未來的光纖通信，可以不用電信號，而是將聲音或圖象直接轉換成光信號用光電信號，而是將聲音或圖象直接轉換成光信號用光纖進行傳輸，電只是作為能源加以使用。到那時電纖進行傳輸，電只是作為能源加以使用。到那時電話、電報、電視等電通信方式將變成話、電報、電視等電通信方式將變成“光話光話”“”“光光報報”“”“

12、光視光視”等光通信方式，人類將進入一個無限等光通信方式，人類將進入一個無限美好的真正的光通信時代。美好的真正的光通信時代。 現代通信用光纜現代通信用光纜光導纖維在醫學上的應用光導纖維在醫學上的應用光導纖維不但是通信技術中的重要材料，還是醫生光導纖維不但是通信技術中的重要材料，還是醫生的得力助手。目前在醫學領域，普遍使用著一種連的得力助手。目前在醫學領域，普遍使用著一種連接著許多光纖的胃鏡，光纖胃鏡的光源是在體外由接著許多光纖的胃鏡，光纖胃鏡的光源是在體外由光纖傳進去的，它不產生熱輻射，能減輕病人的痛光纖傳進去的，它不產生熱輻射，能減輕病人的痛苦。在光導纖維的一頭裝著精致小巧的微型鏡頭，苦。在光

13、導纖維的一頭裝著精致小巧的微型鏡頭，可將胃內的情況傳到體外拍攝下來或顯示在屏幕上。可將胃內的情況傳到體外拍攝下來或顯示在屏幕上。光導纖維在醫學上的另一個重要應用是通過微細的光導纖維在醫學上的另一個重要應用是通過微細的光纖將高強度的激光輸入人體的病變部位，用激光光纖將高強度的激光輸入人體的病變部位，用激光來切除病變部位。這種來切除病變部位。這種“手術手術”不用切開皮膚和切不用切開皮膚和切割肌肉組織，而且切割部位準確，手術效果好。割肌肉組織，而且切割部位準確，手術效果好。光學纖維胃鏡光學纖維胃鏡用光導纖維做手術，不用開刀用光導纖維做手術，不用開刀 金剛石是目前已知的最硬的材料，可以用來金剛石是目前

14、已知的最硬的材料，可以用來切削和刻劃其他物質，被用于鉆探、磨削等行業。切削和刻劃其他物質，被用于鉆探、磨削等行業。 但是，由于天然金剛石非常少，遠遠不能滿但是，由于天然金剛石非常少，遠遠不能滿足生產和科研的需要。科學家們通過對石墨和金足生產和科研的需要。科學家們通過對石墨和金剛石同素異形體結構的研究，指出了在一定條件剛石同素異形體結構的研究，指出了在一定條件下使石墨轉化為金剛石的可能性。下使石墨轉化為金剛石的可能性。 19551955年，美國首先用石墨合成出金剛石，這年，美國首先用石墨合成出金剛石，這是材料合成領域的一項重大成就。是材料合成領域的一項重大成就。 目前，世界上用石墨合成金剛石的研

15、究發展目前，世界上用石墨合成金剛石的研究發展很快，我國在這方面的研究也在飛速發展，許多很快，我國在這方面的研究也在飛速發展，許多城市都建有人造金剛石的工廠和研究所，以滿足城市都建有人造金剛石的工廠和研究所，以滿足生產發展的需要。生產發展的需要。3。金剛石金剛石金金剛剛石石鋸鋸片片4。納米材料。納米材料 納米材料指的是微粒直徑在納米材料指的是微粒直徑在10-710-9m級的材料，級的材料，它具有奇特的光、電、磁、熱、力和化學性質。它具有奇特的光、電、磁、熱、力和化學性質。 實驗上發現如果將金屬銅或鋁做成幾個納米的顆粒，實驗上發現如果將金屬銅或鋁做成幾個納米的顆粒，一遇到空氣就會產生劇烈的燃燒，發

16、生爆炸。有人認一遇到空氣就會產生劇烈的燃燒，發生爆炸。有人認為用納米顆粒作新型火箭的固體燃料將會有更大的推為用納米顆粒作新型火箭的固體燃料將會有更大的推力。另外，用納米金屬顆粒作催化劑可加快化學反應力。另外，用納米金屬顆粒作催化劑可加快化學反應過程，大大提高化工合成的生產效率。過程，大大提高化工合成的生產效率。 如果把納米顆粒粉末制成塊狀金屬材料，它會變得如果把納米顆粒粉末制成塊狀金屬材料，它會變得十分結實，強度比一般金屬高十幾倍，同時又可以像十分結實，強度比一般金屬高十幾倍，同時又可以像橡膠一樣富有彈性。納米金屬有著奇異的性能橡膠一樣富有彈性。納米金屬有著奇異的性能超超塑延展性，納米銅在室溫

17、下可延伸塑延展性，納米銅在室溫下可延伸50多倍而不折斷。多倍而不折斷。用這種材料制造飛機、汽車、輪船，會使它們的質量用這種材料制造飛機、汽車、輪船，會使它們的質量減少到減少到1/10。（轉下頁）（轉下頁） 納米碳管是石墨中一層或若干層碳原子卷曲而成納米碳管是石墨中一層或若干層碳原子卷曲而成的籠狀纖維，內部是空的，外部直徑只有幾到幾十納的籠狀纖維，內部是空的，外部直徑只有幾到幾十納米。這樣的材料很輕，但很結實。它的密度是鋼的米。這樣的材料很輕，但很結實。它的密度是鋼的1/6，而強度卻是鋼的而強度卻是鋼的100倍。用來做防彈背心是再好不過倍。用來做防彈背心是再好不過的了。納米碳管的細尖極易發射電子

18、，用于做電子槍，的了。納米碳管的細尖極易發射電子，用于做電子槍，可做成幾厘米厚的壁掛式電視。可做成幾厘米厚的壁掛式電視。 如果把透明、防油、防水的納米材料顆粒組合在如果把透明、防油、防水的納米材料顆粒組合在大樓表面或窗玻璃上，大樓不會被空氣中的油污弄臟，大樓表面或窗玻璃上，大樓不會被空氣中的油污弄臟，玻璃也不會沾上水蒸氣而永遠透明。玻璃也不會沾上水蒸氣而永遠透明。 納米材料在醫學上前途不可限量。用數層納米材納米材料在醫學上前途不可限量。用數層納米材料包裹的智能藥物進入人體后可主動搜索并攻擊癌細料包裹的智能藥物進入人體后可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織。在人工器官外面涂上納米粒子可胞或修補損

19、傷組織。在人工器官外面涂上納米粒子可預防移植后的排異反應。使用納米技術的新型診斷儀預防移植后的排異反應。使用納米技術的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能診斷出各種疾病。納米顆器只需檢測少量血液，就能診斷出各種疾病。納米顆粒還可用于人體的細胞分離或細胞染色，也可以用來粒還可用于人體的細胞分離或細胞染色，也可以用來攜帶攜帶DNA進行進行DNA治療基因缺陷癥治療基因缺陷癥。納米材料 納米材料是指由粒徑在納米材料是指由粒徑在1 1100100納米納米之間的粒子組成的材料。將宏觀物體之間的粒子組成的材料。將宏觀物體細分成納米粒子后，它將顯著的不同細分成納米粒子后，它將顯著的不同 1nm =10-9m19

20、32年年,瑞典人奧瑞典人奧蘭德在金鎘合金中蘭德在金鎘合金中首次觀察到首次觀察到“記憶記憶”效應，即效應，即合金的形合金的形狀被改變之后，一狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可變溫度時，它又可以魔術般地變回到以魔術般地變回到原來的形狀，人們原來的形狀，人們把具有這種特殊功把具有這種特殊功能的合金稱為形狀能的合金稱為形狀記憶合金。記憶合金。新型材料新型材料記憶合金 現在有些現在有些同學牙齒排列同學牙齒排列不整齊不整齊,你知道你知道醫學上是采用醫學上是采用什么辦法進行什么辦法進行矯形的嗎矯形的嗎?記憶合金記憶合金(鎳鈦合金鎳鈦合金)記憶合金最令人鼓舞的應用是在航天技術中

21、展望展望2121世紀，材料科學的前景是美好的：世紀，材料科學的前景是美好的： 1.1.光電轉換材料，分解水的催化材料和儲氫材料光電轉換材料，分解水的催化材料和儲氫材料等能源材料將實現高效化；等能源材料將實現高效化； 2.2.集多種功能于一身的復合材料可使我們的生活集多種功能于一身的復合材料可使我們的生活質量得到進一步改善（如質量得到進一步改善（如“白色污染白色污染”將被消除）；將被消除）； 3.3.高溫超導材料進入實用階段；高溫超導材料進入實用階段； 4.4.智能材料和機敏材料將得到廣泛應用；智能材料和機敏材料將得到廣泛應用； 5 5、納米材料將在治療癌癥、存儲信息等領域大、納米材料將在治療癌癥、存儲信息等領域大顯神通顯神通 社會需要材料社會需要材料, ,材料離不開化學。開發新材料需材料離不開化學。開發新材料需要大家學好化學。要大家學好化學。觀看合成材料的錄像 觀看完錄像