1、了解傳統(tǒng)的硅酸鹽工業(yè)的生產特點，知道其生產原理和產品的主要成分。2、 能舉例說明無機非金屬材料的特點。3、 討論社會發(fā)展和科技進步對材料的要求，認識化學對材料科學發(fā)展的促進作用。
江西省鷹潭市第一中學 桂耀榮
具有特殊結構和特殊功能（性質）的新材料。
能承受高溫、強度大：氮化硅陶瓷（耐1200OC) 具有光學特性：光導纖維具有電學特性：K3C60超導體 具有生物功能：如Ca3(PO4)2系陶瓷
醫(yī)學、日常生活、交通、通訊、機械、建筑航空、航天等
二、新型無機非金屬材料
傳統(tǒng)無機非金屬材料與新型材料的比較
傳統(tǒng)的硅酸鹽材料優(yōu)、缺點
優(yōu)點：抗腐蝕、耐高溫；缺點：質脆、經不起熱沖擊。
新型無機非金屬材料特性
①承受高溫，強度高。 ②具有光學特性。③具有電學特性。 ④具有生物功能。
新型無機非金屬材料的特性
（1）.能承受高溫、強度高。例如：氮化硅陶瓷在1200℃左右的高溫下，仍具有很高的強度，可用來制造汽輪機葉片、軸承、永久性模具等。
（2）.具有電學特性，一些新型無機非金屬材料可以作為半導體、導體、超導體等，一些絕緣性材料常被用于集成電路的基板。
（3）.具有光學特性。有些新型無機非金屬材料能發(fā)出各色的光，有的能透過可見光，有的能使紅外線、雷達射線穿過。
（4）. 具有生物特性。有些新型無機非金屬材料強度高、無毒、不溶于水，對人體組織有較好的適應性，可直接植入人體內，用這類材料制成的人造牙齒、人造骨骼，已被應用在醫(yī)療上。
新 型 陶 瓷 材 料
　　習慣上把陶瓷(ceramics)分為傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷。　　傳統(tǒng)陶瓷是以粘土、長石、石英等天然礦物為原料經燒結而成的?！　√胤N陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超細微粒為原料特制而成。又稱精細陶瓷、精密陶瓷。
碳化硅SiC,俗稱金剛砂。熔點高(2450℃),硬度大(9.2),是重要的工業(yè)磨料。如其中摻入某些雜質,會使之出現(xiàn)半導體,作為高溫半導體,用于電熱元件。作為高溫結構陶瓷,日益受到人們的重視。它最適宜的應用領域是高溫、耐磨和耐蝕的環(huán)境,現(xiàn)已用作火箭噴嘴,熱電偶保護管,熱交換器和耐磨、耐蝕的零件。
碳化硅制成的渦輪葉片
氮化硅陶瓷（Si3N4 ）是灰白色固體，硬度為9，是最硬的材料之一。它的導熱性好且膨脹系數(shù)小，可經受低溫高溫、驟冷驟熱反復上千次的變化而不破壞，因此是十分理想的高溫結構材料。
科技人員發(fā)現(xiàn)，如果用耐高溫的陶瓷，如氮化硅陶瓷等代替合金鋼制造陶瓷發(fā)動機，其工作溫度可達1300℃～1500℃。 美國軍方曾做過一次有趣的實驗：在演習場200米跑道的起跑線上，停放著兩輛坦克，一輛裝有500馬力的鋼質發(fā)動機，而另一輛裝有同樣馬力的陶瓷發(fā)動機。陶瓷發(fā)動機果然身手不凡，那輛坦克僅用了19秒鐘就首先到達終點，而鋼質發(fā)動機坦克在充分預熱運轉后，用了26秒才跑完全程。其奧秘就在于陶瓷發(fā)動機的熱效率高，不僅可節(jié)省30％的熱能，而且工作功率比鋼質發(fā)動機提高45％以上。另外，陶瓷發(fā)動機無需水冷系統(tǒng)，其密度也只有鋼的一半左右，這對減小發(fā)動機自身重量也有重要意義。
1、新興陶瓷材料具有那些優(yōu)良的性能？2、碳化硅結構同硅相似，分析其可能的性質。3、寫出制取碳化硅、氮化硅的化學反應方程式。
SiO2+3C=SiC+2CO↑3Si+2N2=Si3N43SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl
功能陶瓷(functinal ceramics)材料是以特定的性能或通過各種物理因素（如聲、光、電、磁）作用而顯示出獨特功能的材料。
TiO2、 ZrO2 、 LaCrO3 等高溫電子陶瓷，用于制造電容器和電子工業(yè)中的高溫高頻器件。如BaTiO3類陶瓷用于制造溫度傳感材料；CdS、PbTiO3系陶瓷用于制造光敏傳感材料；ZnO系陶瓷，SiC 、BaTiO3系陶瓷用于制造壓力和振動傳感材料等。
生物陶瓷是用于人體器官替換、修補，及外科矯形的陶瓷材料。主要包括羥基磷灰石、氧化鋁、生物活性玻璃陶瓷等。
羥基磷灰石[Ca10(PO4) 6(OH) 2]陶瓷的用途： 它具有良好的生物活性，能與人骨緊密結合。主要用于不承載的小型種植體（如耳骨），用金屬支撐加強的牙科種植體。
生物陶瓷人工聽小骨假體由羥基磷灰石(HA)陶瓷制成，表面具有微孔，可使患者聽力平均高20~30dB，適用于慢性化膿性中耳炎患者作聽小骨置換和鼓臘修復手術。自1989年以來已臨床應用800多例，通過省級鑒定。
透明陶瓷和納米陶瓷 一般陶瓷因為內部有雜質和氣孔而不透明。用高純度的原料可獲得透明陶瓷。這些透明陶瓷不僅光學性能優(yōu)異，而且耐高溫，熔點一般都在2 000℃以上。透明陶瓷的透明度、強度、硬度都高于普通玻璃。用透明陶瓷制造高壓鈉燈，發(fā)光效率比高壓汞燈高一倍，使用壽命可達2萬小時。
人們把陶瓷粉體的顆粒加工到納米級，便得到了納米陶瓷。納米陶瓷成功地解決了陶瓷易碎的問題。納米陶瓷還具有延展性，如室溫下合成的Ti02陶瓷可以彎曲，塑性、韌性好。
單晶硅在日常生活中是電子計算機、自動控制系統(tǒng)等現(xiàn)代科學技術中不可缺少的基本材料。電視、電腦、冰箱、電話、手表、汽車，處處都離不開單晶硅材料，單晶硅作為科技應用普及材料之一，已經滲透到人們生活中的各個角落。 單晶硅在火星上是火星探測器中太陽能轉換器的制成材料?；鹦翘綔y器在火星上的能量全部來自太陽光，探測器白天休息--利用太陽能電池板把光能轉化為電能存儲起來，晚上則進行科學研究活動。也就是說，只要有了單晶硅，在太陽光照到的地方，就有了能量來源。 單晶硅在太空中是航天飛機、宇宙飛船、人造衛(wèi)星必不可少的原材料。人類在征服宇宙的征途上，所取得的每一步進步，都有著單晶硅的身影。航天器材大部分的零部件都要以單晶硅為基礎。離開單晶硅，衛(wèi)星會沒有能源，沒有單晶硅，航天飛機和宇航員不會和地球取得聯(lián)系，單晶硅作為人類科技進步的基石，為人類征服太空作出了不可磨滅的貢獻。 單晶硅在太陽能電池中的應用高純的單晶硅是重要的半導體材料。在光伏技術和微小型半導體逆變器技術飛速發(fā)展的今天，利用硅單晶所生產的太陽能電池可以直接把太陽能轉化為光能，實現(xiàn)了邁向綠色能源革命的開始。
現(xiàn)代信息基礎材料——單晶硅
由硅石?粗硅?高純多晶硅（純度在9個“9”以上(99.9999999％以上)?單晶硅（1） 粗硅的制備：又稱工業(yè)硅，純度在95％?99％的硅（反應要點　高溫1600℃?1800℃）
（2）SiHCl3的制備　多用粗硅與干燥氯化氫在200℃以上反應：Si十3HCl==SiHCl3+H2
（3）精餾提純后的SiHCl3用高純氫氣還原得到多晶硅 SiHCl3十H2==Si十3HCl
2、現(xiàn)代信息技術材料----單晶硅
　SiO2(s)十2C(s)＝Si(s)十2CO(g)
閱讀：科學視野—太陽能電池
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3.石墨、金剛石、C60新材料誕生新技術
碳的三種同素異形體的比較
金剛石 石墨 C60 之間的關系？
C60及其應用前景??? C60的發(fā)現(xiàn)????? 1985年，美國科學家克羅托（)等用質譜儀,嚴格控制實驗條件,得到以C60為主的質譜圖。由于受建筑學家布克米尼斯持?富勒（BuckminsterFuller）設計的球形薄殼建筑結構的啟發(fā)，克羅托（krt)等提出 C60是由60個碳原子構成的球形32面體，即由12個五邊形和20個六邊形構成。其中五邊形彼此不相連，只與六邊形相連。隨后將 C60分子命名為布克米尼斯持?富勒烯（BuckminsterFuller）。由于C60分子的結構酷似足球，所以又稱為足球烯（Ftballene）除C60外，具有封閉籠狀結構的還可能有 C28、C32、C50、C70、C84、……C240、C540等，統(tǒng)稱為Fullerenes，中文譯名為富勒烯。
??? C60的超導性　? 1991年，赫巴德（Hebard）等首先提出摻鉀C60具有超導性，超導起始溫度為18K，打破了有機超導體（Et）2Cu[N（CN）2]Cl超導起始溫度為12.8K的紀錄。不久又制備出Rb3C60的超導體，超導起始溫度為29K。表1-1列出了已合成的各種摻雜C60的超導體和超導起始溫度，說明摻雜C60的超導體已進入高溫超導體的行列。我國在這方面的研究也很有成就，北京大學和中國科學院物理所合作，成功地合成了K3C60和Rb3C60的超導體，超導起始溫度分別為8K和28K。有科學工作者預言，如果摻雜C240和摻雜C540，有可能合成出具有更高超導起始溫度的超導體。
人們對C60的研究還在繼續(xù)，希望同學們加油，將來的某一天你也會在這方面獲得巨大成功。
科學視野 技術進步對化學研究的影響 P56

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高中化學人教版 (新課標)選修2 化學與技術電子課本

課題1 無機非金屬材料

版本： 人教版 (新課標)

年級： 選修2 化學與技術

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