《四、新材料及其应用》教案2

《四、新材料及其应用》教案

教学目标

（一）知识与技能

1、了解纳米材料、“绿色能源”和记忆合金等新材料在现代科技、工农业生产和日常生活中的应用。

2、了解其它新材料的有关应用，培养收集整理信息的能力。

（二）过程与方法

1、通过利用不同的渠道收集信息，体验收集整理信息的过程。尝试一种新的学习方法。

2、通过研究小组交流调查、研究结果，了解新材料的广泛应用和未来发展前景。

（三）情感、态度和价值观

1、通过了解新材料的应用，初步认识科技对现代社会生活的影响，引导学生关心社会发展。

2、通过学习新材料的有关知识，了解科技为人类带来的便利，提高学生学习科学的兴趣。

3、培养学生乐于参加调查、收集资料等社会实践活动的品质。在合作中培养协作精神。教学重点

对学生收集、整理信息的过程的指导

教学难点

对学生整理信息、加工信息的指导以及交流过程的指导

提出问题

提前两周向学生提供如下的调查研究的问题，要求学生完成调查报告，问题如下：

1、纳米技术；

2、记忆合金；

3、单晶硅、多晶硅（太阳能电池），太阳能电池；

4、钕铁硼材料；液晶材料；

5、防弹衣、贫铀弹、不锈钢；

6、高温超导陶瓷、航天飞机、宇航服、合成材料、稀土材料；

7、交通标志和反光涂料、光导纤维、光缆；

以下此表格可作为参考，但又不拘一格，从以下几个方面来了解新材料

分工合作：

由于内容太多，对所有的同学来说，不可能在有限的时间内把所有的以上涉及的材料都查找清楚，为避免学生在自由组合过程中将一些比较内向的同学遗漏，采取按教室里的座位分成6组可7组，由学生自己选出组长，每组认领课题可以是上面的问题，也可以是与新材料有关的其李课题。指导学生利用互联网、图书馆、音像、报刊杂志等各种渠道收集与研究问题有关的资料。选出全班总活动的主持人。

教学过程

在课堂上每组派一名代表向同学汇报。可以借助幻灯片等软件的方式汇报，可以用实物演示，可以演讲。每组成员汇报完毕，下面的同学可以提问、质疑。

评价的标准：评价可有教师评价和学生评价两种方式。可以设单项评奖，也可综合评奖或以学生选票的方式评出以下几种奖项；例如：材料最详实的，讲解最深入浅出的（能让同学听懂的），讲解最清楚的……

交流、学习

学生做主持，各组选派代表汇报本组的调查情况。最后教师对整个活动做简要概括。

资料的内容见媒体素材。

为了更充分地调动全体学生的参与意识，特设置以下表格，使学生更好地完成任务。表格如下：

太阳能的利用

人类生存和发展基本上依赖于太阳能，地球上除了核能以外，其他各种形式的能源，包括化石燃料（煤、石油、天然气等）能、生物质能（柴草、树木等）、风能、水力能、潮汐能和海洋能等都起源于太阳能。地球表面上每年所接受的太阳辐射能，大约是目前人类全年所消耗能量的1—2万倍。太阳能起源于太阳内部物质在高温、高压状态下的聚变反应。据推算，太阳这个巨型聚变反应球还可能维持100亿年以上。地球上常规能源的储量被大量开

发而迅速减少，促使人们更加重视太阳能的利用。二十世纪五十年代中期，各国政府和广大科技工作者开始有计划有组织进行太阳能利用的研究工作，目前，很多方面已经得到实际应用并且已经形成产业，不仅且有巨大的社会效益，同时也具有很大的经济效益。太阳能的优越性还在于它不需要开采和运输，干净清洁，不会造成污染。太阳能必将逐步取代常规能源，同核能一起成为未来人类社会两大主要能源。

我国的太阳能利用起步于二十世纪七十年代，主要是光热、光电转换方面的利用。在光热转换方面，全国拥有太阳灶十几万台，居世界第一位，转换器的性能和使用效果居发展中国家前列。热水器超过了150万平方米，被动式太阳房已建成上千幢。在光电转换方面，近年来主攻方向是研制各种太阳能电池，通过自身开发和引进生产线，目前已开成（3。5～4。0）兆瓦的生产能力，转换效率达到10％。

纳米塑料

所谓“纳米塑料”是指无机填充物以纳米尺寸分散在有机聚合物基体中形成的有机／无机纳米复合材料。在纳米复合材料中，分散相的尺寸至少在一维方向小于100nm。由于分散性的纳米尺寸效应、大比表面积和强界面结合，纳米复合材料具有一般工程塑料所不具备的优异性能，因此是一种全新的高技术新材料，具有广阔的商业开发和应用前景。

经济实用的制备工艺

纳米塑料中用作纳米无机相材料的蒙脱土(MMT)，是我国丰产的一类天然粘土矿物，是一种层状硅酸盐。其结构片层是纳米尺度的，包含有三个亚层，在两个硅氧四面体亚层中间夹含一个铝氧八面体亚层。亚层之问通过共用氧原子以共价键连接、结合极为牢固。整个结构片层约厚1nm，长宽约100nm，由于铝氧八面体亚层中的部分铝原子被低价原子取代，片层带有负电荷。过剩的负电荷靠游离于层间的Na、Ca和Mg等阳离子平衡，因此容易与烷基季铵盐或其它有机阳离子进行离子交换反应生成有机化蒙脱土，交换后的蒙税土成亲油性，并且层间的距离增大。有机蒙脱土能进一步与单体或聚合物熔体反应，在单体聚合或聚合物熔体混合的过程中剥离为纳米尺度的结构片层，均匀分散到聚合物基体中，从而形成纳米塑料。这种插层复合技术是基于在传统工艺基础上的技术革新，不需要新的高昂设备投资，工艺简单，操作方便，环境友好，特别适合于聚合物改性，容易实现工业化生产。可以根据要求提供多种规格的纳米土和设计、制造纳米塑料生产线。

优异的物理力学性能

高强度和耐热性

插层复合技术能够实现有机物基体与天机物分散相在纳米尺度上的复合，所得的纳米塑料能够将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、可加工性及介电性完美地结合起来。纳米塑料中含蒙脱土量较少，一般在10wt。％以下，通常仅3－5wt。但其刚性、强度、耐热性等性能与常规玻纤或矿物填充增强复合材料(填充量30wt％左右甚至更高)相当，因而纳米塑料的比重较低，比强度和比模量高而又不损失其抗冲击强度。能够有效地降