资源简介

(共17张PPT)
第十一单元　化学与社会
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
活动设计与实施
活动目标
展示与交流
活动目标
了解新型材料和新型能源在我国航天科技领域中的应用，加深对物质的性质与应用、能量的转化和转移等的认识。形成创新意识，进一步树立民族自豪感。
活动设计与实施
任务一　了解我国宇航产品的基本情况
查阅资料，了解我国宇航产品的发展、种类和主要用途，尝试绘制包含这些信息的示意图。
示例：
示意图如右图所示。
任务二　了解宇航产品的材料选择
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。
示例：
(1)主体结构。①铝合金：具有密度小、强度高、耐腐蚀、延展性好、易加工、无磁性、冲击不产生火花、无低温脆性、无毒性、散热性强、导电性好、可
焊接、耐核辐射性和再生循环利用率高等特性；②镁合金：具有密度小、强
度高、弹性模量大、散热好、消震性好、承受冲击载荷能力比铝合金大、耐
有机物和碱的腐蚀性能好、可减轻零部件的重量等特点；③钛合金：具有强
度高、硬度较高、弹性模量低、高温和低温性能优良等特点；
④镁锂合金：具有密度小、良好的强度重量比等特点；⑤碳纤维复合材料：具有密度小、强度高、弹性模量大、良好的耐热性和耐腐蚀性等特点；⑥颗粒增强金属基复合材料：兼具金属的韧性和复合材料密度小的特性。
(2)外部涂层。①长寿命低比值无机热控涂层：具有良好的导热性和发射率，可提高航天器的热控制性能，保证航天器在极端温度环境下的正常运行；
②返回舱舷窗防烧蚀污染涂层：这种涂层可以抵抗返回舱进入大气层时的高温烧蚀和污染，保护航天员的生命安全；③姿控发动机热防护材料： 该材料可以保护航天器的姿控发动机免受高温和高速气流的侵蚀，确保发动机的正常工作；④消杂散光涂层：这种涂层可以减少航天器表面的杂散光，提高航天器的光学性能；
⑤不锈钢灰色化学转换热控涂层：具有良好的热控制性能和化学稳定性，可提高航天器的表面质量和可靠性。
(3)功能部件。①压电陶瓷：可以将机械能和电能相互转换，在航空航天领域主要应用于卫星导航系统中的陀螺仪、加速度计等传感器，以及航天器的推进系统中的压电泵、压电执行器等部件；②有机硅材料：具有良好的导电、导热、电磁屏蔽、阻燃、灌封、自粘接、低挥发、易于施工等性能，可广泛应用于芯片封装、线路板披覆、器件散热、壳体密封、宇航空间等领域装备的制造。
2．根据调查的材料信息完善示意图。
示例：
(1)固体推进剂：固体推进剂通常是由燃料、氧化剂和黏合剂组成的固体混合物。点燃后燃烧过程不可控，一旦点燃将持续燃烧直至燃料耗尽。(2)液体推进剂：液体推进剂包括液体燃料和液体氧化剂，它们在燃烧室内混合并燃烧。推力大小可控，能够实现多次启动和关机；效率较高，比冲(单位质量推进剂产生的推力时间)较大。
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。
示例：
(1)太阳能电池板：太阳能电池板是最常见的航天器能源供应方式。太阳能电池板将太阳光转换为电能，为航天器提供动力。其优点是取之不尽、无污染，且维护成本低。缺点是受光照强度影响较大，夜晚或远离太阳时供电能力下降。(2)化学能：主要是利用化学电源(蓄电池)提供能量。其优点是能够提供短时高功率需求，在宇宙飞船着陆或发射等关键阶段使用。缺点是存储有限；有使用寿命限制，需要定期更换。
2．航天器开展工作的能源。查阅资料，了解并分析人造卫星、宇宙飞船、空间探测器、空间站等航天器在开展工作时所使用的能源种类及其特点。
(3)核能源：对于长期执行任务或需要大量电力的航天器，如深空探测器，通常采用核能源。核能源主要是指放射性同位素热电发生器(RTG)和核反应堆。RTG 利用放射性同位素衰变产生的热量转换为电能，其优点是可靠性高、寿命长，但缺点是功率较小。核反应堆则可以提供更大的功率，但技术难度和安全风险较高。总体来说，航天器的能源选择取决于任务需求、环境条件以及技术成熟度等因素。
3．根据调查的能源信息进一步完善示意图。
示例：
(1)新型材料：①二维材料。石墨烯是一种单层碳原子构成的材料，具有出色的导电性和机械性能。二维过渡金属二硫化物(TMDs)是一种类似于石墨烯的二维材料，但具有不同的电子性质，可用于电子学和光电子学应用。②超材料。超材料包括左手材料、光子晶体及声子晶体等。这些材料具有天然材料不具备的人工设计属性，如负折射率、负磁导率等。
任务四　设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
查阅资料，了解目前正处于试验阶段的新型材料和新型能源。设想一款未来的宇航产品，绘制出它的外观，并将其用途、所使用的材料、能源等标注在图中。
③生物基材料。生物塑料是以淀粉、纤维素、木质素、脂肪和蛋白质等可再生天然资源为原料制备的具有塑化性能的高分子材料，具有生物降解性。微生物合成材料： 利用微生物生产的新材料，如细菌纤维素。
(2)新型能源。①核聚变能。核聚变是太阳和恒星的能量来源，目前正在进行实验的项目如 ITER(国际热核聚变实验堆)旨在模拟这一过程。核聚变能具有几乎无污染、燃料丰富的优点。②生物质能。第二代生物燃料是利用非食用作物、废弃物等生产的生物燃料；藻类生物燃料是利用藻类生产生物柴油和生物乙醇。
(3)设想一款未来的宇航产品：
展示与交流
1．展示最终形成的示意图，交流并尝试总结宇航产品在材料和能源选择时的一般思路。
2．介绍你设想的未来的宇航产品，说明设计思路，并讨论未来航天科技领域新型材料和能源可能的发展方向。

展开更多......

收起↑