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9.3 新型材料的研制
第九单元 化学与社会可持续发展
1.能结合实例，从物质的性质及其变化的视角，认识材料的科学利用与新材料的研发；
2.能感受无机材料、有机高分子材料、复合材料等在社会生活中的广泛应用。
材料是人类赖以生存和发展的重要物质。人们对材料的认识、制造和利用，经历了从天然材料到人工合成材料，再到为特定需求设计材料的发展过程。材料技术和应用的每一次重大进步，都与化学科学的发展密不可分。
航天火箭的主要材料包括钛合金、铝合金、玻璃钢、不锈钢合金、碳纤维复合材料和陶瓷材料等 。这些材料在火箭的不同部位发挥着各自独特的作用。
一、无机材料更新换代
1. 金属材料：包括纯金属和合金
青铜时代
铁器时代
铝合金等合金时代
人类利用金属材料的先后顺序：铜 → 铁 → 铝
（1）与金属活动性顺序有关。
（2）与金属冶炼的难易程度有关。
Cu、Fe、Al的金属活动性依次增强，活动性弱的金属，先利用。
Al需要电解，冶炼要求最高，所以后利用。
稀土材料指利用稀土元素及其化合物与其他元素的化合物结合形成的材料。稀土元素是指钪（Sc）、钇（Y），以及镧系元素（从镧到镥 15 种元素）。稀土元素的化学性质较为活泼，若与其他元素结合，便可形成种类繁多、功能多样、用途广泛的新型材料，且性能会有较大提高，被称作当代的 “工业味精”。请查阅文献，说明稀土元素在当代高新科技中的具体应用。
形状记忆合金
全程Ti—Ni记忆合金花
镍-钛合金（又称NT合金）具有记忆功能。一种新型的功能材料，其特点是在一定的外力作用下可以改变其形态（形状和体积），但当温度升高到某一定值时，它又可完全恢复原来的形态。
具有“形状记忆”能力的记忆合金的应用
用记忆合金制作的眼镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加热，就可以恢复原状。
具有“形状记忆”能力的记忆合金的应用
具有“形状记忆”能力的记忆合金的应用
发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。
2. 无机非金属材料：
包括玻璃、水泥、陶瓷
光致变色玻璃制成的变色镜
汽车的钢化玻璃
运用化学方法制成的具有特殊性能的特种玻璃，极大提升了玻璃材料的性能和应用价值。
2. 无机非金属材料：
包括玻璃、水泥、陶瓷
唐三彩
陶瓷髋关节
陶瓷人造牙
通过选择新的原料，改变制造工艺，生产出许多结构、功能与传统陶瓷截然不同的新型陶瓷材料。
玻璃
制造普通的原料是纯碱(Na2CO3)、石灰石（CaCO3）、石英 （SiO2）以及一些辅料。
普通玻璃
有色玻璃
特殊夹层玻璃。
2. 无机非金属材料：
半导体
光 导 纤 维
无机非金属材料发展迅猛，多种具有优异性能的材料相继开发出来，为现代通信技术和信息化奠定了重要基础。
二、合成材料层出不穷
在日常生活中，用化学方法合成的有机高分子材料（简称合成材料）得到广泛的应用。
它们都是以石油化工产品为主要原料，用化学方法合成的有机高分子材料，合称“三大有机合成材料”。合成材料的诞生，结束了人类只能依靠天然材料的历史。
日常生活中，离不开合成材料。
塑料
合成橡胶
合成纤维
1. 塑料：质轻、较坚固和耐磨、不导电、易加工、价格便宜
、
PE
PVC
PMMA
聚乙烯薄膜
1. 塑料：
聚氯乙烯薄膜
聚乙烯 ( C、H )
聚氯乙烯 ( C、H、Cl )
无毒，可包装食品
有毒，不宜包装食品
塑料薄膜
取聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料各一小块，分别点燃，观察燃烧情况，比较产生的气味有什么不同。
边燃烧边熔化，无刺激性气味，无黑烟的是聚乙烯。
不易燃烧，有刺激性气味，有黑烟的是聚氯乙烯。
现象和结论
塑料的应用和发展方便了人们的生活，但大多数塑料在自然条件下难以降解，带来了一个严重的环境问题……
不能焚烧废弃塑料制品，避免释放出含有二噁英等有害物质的气体。
促进废弃塑料的回收和利用，大力研制在自然条件下容易降解的新型塑料
可降解塑料
可降解塑料是指能满足使用需求，且
使用后在自然环境条件下能降解成对环境
无害的物质的一类塑料，一般可分为光降
解塑料、生物降解塑料、水降解塑料等。
生活中，可降解塑料主要用于制作垃
圾袋、购物袋、餐盒等。2022 年 6 月 1 日，
我国正式实施《生物降解塑料与制品降解
性能及标识要求》《生物降解饮用吸管》
两项推荐性国家标准，这意味着可降解塑料制品在生活中得到更广泛的应
用，对于促进社会可持续发展有重要意义。
棉
麻
羊毛
尼龙
涤纶
锦纶
腈纶
合成纤维
蚕丝
2. 纤维：
天然纤维
合成纤维
天然纤维
合成纤维有哪些优点？
天然纤维
吸水性和透气性较好，
不耐磨、不耐化学腐蚀
合成纤维
强度高、耐磨、弹性好、耐化学腐蚀，吸水性和透气性较差
现代纺织业一般采用混纺的方式，将天然纤维和合成纤维按一定比例混合在一起纺纱，使其显示出各自的优点。
取少许棉纱线、羊毛线和化纤织物纤维（如尼龙丝线等），分别在酒精灯火焰上灼烧，观察各种材料的燃烧情况，辨别其产生的气味。
棉花的主要成分是纤维素，燃烧时有烧纸气味，并残留有黑色灰烬。
羊毛、蚕丝的主要成分是动物蛋白质，燃烧时有烧焦羽毛气味。
化纤布料燃烧时有特殊气味，趁热可以拉成丝。
现象和结论
合成橡胶
天然橡胶
合成橡胶有哪些优点？
随着工业的发展，对橡胶的需求不断增长，人们采用化学方法人工合成橡胶。
3. 合成橡胶：
天然橡胶
含有合成橡胶的制品
与天然橡胶相比，优点为更优良的弹性、绝缘性和耐高温性。
三、复合材料异军突起
将两种或两种以上的材料复合成一体而形成的材料。
1. 概念：
2. 主要复合材料：
钢筋混凝土
机动车轮胎
玻璃钢
碳纤维
碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维"外柔内刚"，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
碳纤维鱼竿
碳纤维网球拍
复合材料的组成及应用
复合材料通常是由起搭建作用的基体材料和分散于其中的增强材料两部分组成。以金属为基体的金属基复合材料，由于金属和增强材料的共同作用，因而具有强度高、密度小、耐摩擦和耐高温等性能，成为航天、航空等尖端领域的常用材料之一。
2023 年 5 月，我国自行研制、具有完全自主知识产权的神舟十六号载人飞船发射成功，3 名航天员顺利进驻中国空间站。载人飞船的众多新型设备的制造都应用了多种具有特殊性能的复合材料。
金属材料：纯金属和合金
无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥
合成塑料：聚乙烯、聚氯乙烯
合成纤维 : 腈纶、锦纶、涤纶、尼龙
合成橡胶
钢筋混凝土、机动车轮胎、玻璃钢、碳纤维
新型材料的研制
无机材料
合成材料
复合材料
检验
1. 下列生活用品的主要材料属于有机合成材料的是（ ）
A．塑料桶 B．纯棉毛巾
C．瓷碗 D．不锈钢盆
A
2.清明放风筝。下列与风筝制作、放飞相关的部件中，用到金属材料的是（　　）
A．竹质骨架
B．纸质风筝面
C．棉质捆扎线
D．不锈钢手握轮
D
3. 生活中的下列物品主要由有机合成材料制成的是（　　）
A．纯棉上衣
B．电木插座
C．陶瓷洁具
D．铁制炊具
B
4. 2023年世界环境日的主题是“减塑捡塑”。下列做法不符合这一理念的是（　　）
A．减少使用不必要的塑料制品
B．回收各种废弃塑料
C．使用新型、可降解的塑料
D．焚烧废弃塑料
D
5．陶瓷的使用开始于一万多年前，现代社会生产的新型陶瓷材料层出不穷，如用氧化铝等原料生产的陶瓷已被应用于制造发动机零件。下列有关“氧化铝陶瓷”的说法错误的是（ ）
A．该陶瓷属于无机非金属材料
B．该陶瓷耐高温，强度高
C．该陶瓷的原料氧化铝属于非金属氧化物
D．该陶瓷不属于塑料
C
6. 2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的火箭成功发射。下列材料用途的对应性质解释不合理的是（　　）
A．偏二甲肼作火箭燃料——可燃性
B．铝合金作火箭的骨架——密度大
C．碳纤维复合材料作飞船外壳——耐高温
D．特种橡胶制成太空服加压层——弹性好
B
7．如图是北京2022年冬奥会吉祥物“冰墩墩”。某“冰墩墩”玩具的外用材料为纯羊毛，内冲物为聚酯塑料。
（1）聚酯塑料属于_______________(填“合成材料”或“天然材料”)。
（2）初步鉴别羊毛和聚酯塑料的简单方法是 _________________。
合成材料
灼烧、闻气味

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