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5.5　新材料及其应用
学习目标
1.初步了解纳米材料、半导体材料、超导材料的一些特点、应用及发展前景。 2.感悟新材料的发展对人类生活和社会发展带来的影响。
知识点　新材料及其应用
1.纳米材料：当材料的微粒小到纳米尺寸时，材料的性能就会发生显著变化。
(1)纳米是长度单位，单位换算：1 nm＝10-9m。
(2)①纳米陶瓷材料可在室温下任意弯曲；②碳纳米管的强度是钢的上百倍；③纳米磁性材料的磁记录密度比普通磁性材料高十倍以上；④气体通过纳米材料的扩散速度比通过一般材料的扩散速度大几千倍。
(3)纳米复合材料（隐形材料）：纳米复合材料对光的反射率低，能吸收电磁波，可用作隐形飞机的涂层。
示例：若把纳米复合材料涂在飞机、坦克等军事装备上，能将雷达发射的电磁波大部分吸收掉，反射回去的却很少，使雷达很难发现。
2.半导体材料：有些材料的导电性介于导体和绝缘体之间，这类材料称为半导体，锗、硅、砷化镓等都是半导体材料。
(1)用半导体材料制成的晶体二极管具有单向导电的特性，即只允许电流从一个方向通过，不允许电流反方向通过。
(2)在日常生活中，电子表、收录机、数码照相机、数码摄像机、电视机、计算机，以及现代化机床、汽车、火车、轮船、飞机等，都要应用各种半导体元器件。
3.超导材料：对于某些材料，当温度降低到一定程度时，其电阻会突然接近于零，电流几乎通行无阻，材料的这种特性称为超导性。
示例：当温度降至4.2 K（相当于－269 ℃）时，汞的电阻会突然接近于零。
(1)电流通过超导体时不会发热，因此超导体不能用来制作发热体。
(2)超导材料若用作输电线（或电动机的线圈）来输电，可大大减少电能损失，节约能源。
重点一　新材料的特性及应用
新材料是指具有优异性能或特殊功能的材料，如纳米材料、超导材料、记忆合金等。学生需要掌握这些材料的特性及其在实际生活中的应用，例如：
纳米材料：具有特殊的力学、光学、电学性能，可用于制造更轻更强的材料；
超导材料：在低温下电阻为零，可用于制造超导磁体；
记忆合金：具有形状记忆效应，可用于制造卫星天线、医疗器械等。
【跟踪训练】 1.下列关于新材料的说法正确的是(　C　)。
A．纳米材料的尺寸在1～100米之间
B．超导材料在任何温度下电阻都为零
C．记忆合金变形后加热到一定温度能恢复原状
D．石墨烯是一种传统的金属材料
重点二　新材料对社会发展的影响
新材料的研发和应用对社会发展产生深远影响，主要表现在：
推动科技进步：如半导体材料促进信息技术发展。
改善生活质量：如新型建筑材料使房屋更节能环保。
解决环境问题：如可降解材料减少白色污染。
学生需要理解新材料如何解决实际问题，并关注其可持续发展意义。
【跟踪训练】 2.新材料应用对环境保护最直接的作用是(　B　)。
A．提高电子产品的运行速度
B．减少塑料制品对环境的污染
C．增加建筑材料的承重能力
D．改善医疗设备的精确度
基础巩固
1.（2025·河源三模）如图所示的是“银钠米线”，其直径在10～200 nm之间，具有优异的导电性、导热性、透光性、耐曲挠性（可反复折叠不留折痕），被视为新的透明电极材料，关于这种材料说法错误的是(　A　)。
A．“银钠米线”最大直径约为2×10-8m
B．“银钠米线”可应用于手机折叠屏
C．利用这种材料不能用来制作保温杯
D．利用这种材料制成导线可以减小损耗
2.自动照相机所用的感光元件是一种光敏电阻，制作它的材料是(　B　)。
A．导体 B．半导体
C．绝缘体 D．超导体
3.下列关于半导体的说法，正确的是(　B　)。
A．常温下半导体的电阻为零
B．半导体广泛应用于各种电子设备
C．半导体就是超导体
D．任何情况下半导体都是不导电的
4.（2025·清远一模）下列是半导体、超导体、纳米材料的主要特点及其应用的描述，其中描述超导体的是(　A　)。
A．在特定温度下电阻为零，可用于高效输电
B．电阻随温度升高而减小，常用于制造电子元件
C．具有极高的强度，广泛用于建筑材料
D．导电性能介于导体和绝缘体之间，用于制造集成电路
5.陶瓷刀是用纳米材料“氧化锆”加工而成的新型刀具。它可轻易切割很多较坚硬物品，号称是永远锋利的刀具，这说明该刀具的硬度　　　　（选填“大”或“小”），但它却不能摔打、跌落，否则将会破损、断裂，这说明该刀延展性　　　　（选填“好”或“差”）。
【答案】大　差
6.半导体二极管具有　　　　导电性，即仅允许电流从　　　　极流向　　　　极，而不允许反方向流过。半导体三极管的主要作用是用来　　　　电信号。
【答案】单向　正　负　放大
能力达标
7.“新材料”是相对于传统材料而言的。“新材料”的使用对推动社会的进步正在发挥着越来越大的作用。下列关于“新材料”的描述错误的是(　B　)。
A．“超导材料”“半导体材料”和“纳米材料”都属于“新材料”
B．“超导材料”可以适用于任何用电器并使其效率提高
C．“纳米材料”是指材料的几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料
D．“半导体材料”广泛应用于各种电子产品的元件及芯片
8.医学上有一种新的治疗管腔狭窄的技术，是用一种新型材料制成的支架，在低温下(0～10 ℃)塑形，装入支架置入器，置入狭窄处后在体温下迅速恢复原设计形状，从而解除管腔狭窄问题。这种新材料是一种(　D　)。
A．超导材料 B．纳米材料
C．隐形材料 D．记忆材料
9.目前，“全碳气凝胶”是世界上最轻材料。一块体积为100 cm3的“全碳气凝胶”的质量是0.016 g，则它的密度为　　　　kg/m3；实验发现，用这种材料制成的“碳海绵”被压缩80%后仍可恢复原状，说明这种材料具有很强的　　　　（选填“塑性”或“弹性”）。
【答案】0.16　弹性
素养提升
10.阅读短文，回答问题。
石墨烯——改变世界的神奇新材料
一片碳，看似普通，厚度为单个原子，却使两位科学家获得诺贝尔奖，这种全新材料名为“石墨烯”。
石墨烯是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料，作为电导体，它有着和铜一样出色的导电性；作为热导体，它比目前任何其他材料的导热效果都好，而且它几乎是完全透明的。利用石墨烯，科学家能够研发出一系列具有特殊性质的新材料。比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发；石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电池。如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性，从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机材料到防弹衣，甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料。因此，其应用前景十分广阔。
(1)最近国外研究人员通过引入由多层石墨烯制成的交替散热通道，解决了交通信号系统和电动汽车中使用半导体材料散热的难题，这是利用石墨烯的　　　　（填字母）。
A．透光性好 B．硬度大
C．导热性好 D．导电性强
(2)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，是因为___________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)石墨烯是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料。针对这一发现同学们提出了以下几个问题，你认为最有价值且可探究的问题是　　　　（填字母）。
A．石墨烯的硬度与石墨烯的厚度、面积有什么关系
B．如何提取石墨烯这种物质
C．石墨烯在生活中有什么用处
D．石墨烯为什么很薄
【答案】(1)C　(2)石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管　(3)A5.5　新材料及其应用
学习目标
1.初步了解纳米材料、半导体材料、超导材料的一些特点、应用及发展前景。 2.感悟新材料的发展对人类生活和社会发展带来的影响。
知识点　新材料及其应用
1.纳米材料：当材料的微粒小到纳米尺寸时，材料的性能就会发生显著变化。
(1)纳米是 单位，单位换算：1 nm＝ m。
(2)①纳米陶瓷材料可在室温下任意弯曲；②碳纳米管的强度是钢的上百倍；③纳米磁性材料的磁记录密度比普通磁性材料高十倍以上；④气体通过纳米材料的扩散速度比通过一般材料的扩散速度大几千倍。
(3)纳米复合材料（隐形材料）：纳米复合材料对光的反射率低，能吸收电磁波，可用作隐形飞机的涂层。
示例：若把纳米复合材料涂在飞机、坦克等军事装备上，能将雷达发射的电磁波大部分吸收掉，反射回去的却很少，使雷达很难发现。
2.半导体材料：有些材料的 性介于导体和绝缘体之间，这类材料称为半导体， 、 、砷化镓等都是半导体材料。
(1)用半导体材料制成的晶体二极管具有 的特性，即只允许电流从一个方向通过，不允许电流反方向通过。
(2)在日常生活中，电子表、收录机、数码照相机、数码摄像机、电视机、计算机，以及现代化机床、汽车、火车、轮船、飞机等，都要应用各种半导体元器件。
3.超导材料：对于某些材料，当温度降低到一定程度时，其电阻会突然接近于 ，电流几乎通行无阻，材料的这种特性称为 。
示例：当温度降至4.2 K（相当于－269 ℃）时，汞的电阻会突然接近于零。
(1)电流通过超导体时 发热，因此超导体 用来制作发热体。
(2)超导材料若用作 来输电，可大大减少电能损失，节约能源。
重点一　新材料的特性及应用
新材料是指具有优异性能或特殊功能的材料，如纳米材料、超导材料、记忆合金等。学生需要掌握这些材料的特性及其在实际生活中的应用，例如：
纳米材料：具有特殊的力学、光学、电学性能，可用于制造更轻更强的材料；
超导材料：在低温下电阻为零，可用于制造超导磁体；
记忆合金：具有形状记忆效应，可用于制造卫星天线、医疗器械等。
【跟踪训练】 1.下列关于新材料的说法正确的是(　)。
A．纳米材料的尺寸在1～100米之间
B．超导材料在任何温度下电阻都为零
C．记忆合金变形后加热到一定温度能恢复原状
D．石墨烯是一种传统的金属材料
重点二　新材料对社会发展的影响
新材料的研发和应用对社会发展产生深远影响，主要表现在：
推动科技进步：如半导体材料促进信息技术发展。
改善生活质量：如新型建筑材料使房屋更节能环保。
解决环境问题：如可降解材料减少白色污染。
学生需要理解新材料如何解决实际问题，并关注其可持续发展意义。
【跟踪训练】 2.新材料应用对环境保护最直接的作用是(　)。
A．提高电子产品的运行速度
B．减少塑料制品对环境的污染
C．增加建筑材料的承重能力
D．改善医疗设备的精确度
基础巩固
1.（2025·河源三模）如图所示的是“银钠米线”，其直径在10～200 nm之间，具有优异的导电性、导热性、透光性、耐曲挠性（可反复折叠不留折痕），被视为新的透明电极材料，关于这种材料说法错误的是(　)。
A．“银钠米线”最大直径约为2×10-8m
B．“银钠米线”可应用于手机折叠屏
C．利用这种材料不能用来制作保温杯
D．利用这种材料制成导线可以减小损耗
2.自动照相机所用的感光元件是一种光敏电阻，制作它的材料是(　)。
A．导体 B．半导体
C．绝缘体 D．超导体
3.下列关于半导体的说法，正确的是(　)。
A．常温下半导体的电阻为零
B．半导体广泛应用于各种电子设备
C．半导体就是超导体
D．任何情况下半导体都是不导电的
4.（2025·清远一模）下列是半导体、超导体、纳米材料的主要特点及其应用的描述，其中描述超导体的是(　)。
A．在特定温度下电阻为零，可用于高效输电
B．电阻随温度升高而减小，常用于制造电子元件
C．具有极高的强度，广泛用于建筑材料
D．导电性能介于导体和绝缘体之间，用于制造集成电路
5.陶瓷刀是用纳米材料“氧化锆”加工而成的新型刀具。它可轻易切割很多较坚硬物品，号称是永远锋利的刀具，这说明该刀具的硬度 （选填“大”或“小”），但它却不能摔打、跌落，否则将会破损、断裂，这说明该刀延展性 （选填“好”或“差”）。
6.半导体二极管具有 导电性，即仅允许电流从 极流向 极，而不允许反方向流过。半导体三极管的主要作用是用来 电信号。
能力达标
7.“新材料”是相对于传统材料而言的。“新材料”的使用对推动社会的进步正在发挥着越来越大的作用。下列关于“新材料”的描述错误的是(　)。
A．“超导材料”“半导体材料”和“纳米材料”都属于“新材料”
B．“超导材料”可以适用于任何用电器并使其效率提高
C．“纳米材料”是指材料的几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料
D．“半导体材料”广泛应用于各种电子产品的元件及芯片
8.医学上有一种新的治疗管腔狭窄的技术，是用一种新型材料制成的支架，在低温下(0～10 ℃)塑形，装入支架置入器，置入狭窄处后在体温下迅速恢复原设计形状，从而解除管腔狭窄问题。这种新材料是一种(　)。
A．超导材料 B．纳米材料
C．隐形材料 D．记忆材料
9.目前，“全碳气凝胶”是世界上最轻材料。一块体积为100 cm3的“全碳气凝胶”的质量是0.016 g，则它的密度为 kg/m3；实验发现，用这种材料制成的“碳海绵”被压缩80%后仍可恢复原状，说明这种材料具有很强的 （选填“塑性”或“弹性”）。
素养提升
10.阅读短文，回答问题。
石墨烯——改变世界的神奇新材料
一片碳，看似普通，厚度为单个原子，却使两位科学家获得诺贝尔奖，这种全新材料名为“石墨烯”。
石墨烯是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料，作为电导体，它有着和铜一样出色的导电性；作为热导体，它比目前任何其他材料的导热效果都好，而且它几乎是完全透明的。利用石墨烯，科学家能够研发出一系列具有特殊性质的新材料。比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发；石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电池。如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性，从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机材料到防弹衣，甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料。因此，其应用前景十分广阔。
(1)最近国外研究人员通过引入由多层石墨烯制成的交替散热通道，解决了交通信号系统和电动汽车中使用半导体材料散热的难题，这是利用石墨烯的 （填字母）。
A．透光性好 B．硬度大
C．导热性好 D．导电性强
(2)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，是因为___________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)石墨烯是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料。针对这一发现同学们提出了以下几个问题，你认为最有价值且可探究的问题是 （填字母）。
A．石墨烯的硬度与石墨烯的厚度、面积有什么关系
B．如何提取石墨烯这种物质
C．石墨烯在生活中有什么用处
D．石墨烯为什么很薄

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