第3章 智能非金属材料2
TSG21-2016年固定压力容器安全技术监察规程完整
TSG21-2016年固定压力容器安全技术监察规程完整TSG21-2016 固定式压力安全技术监察规程是___于2015年发布的监管文件。
该规程是基于七个规范的基础上进行合并和逻辑关系的理顺，以进一步明确基本安全要求，形成关于固定式压力的综合规范。
修订说明包括整理___近年来的文件，解决当前存在的问题，开展相关调研工作，完善各方面的技术要求，统一分类方法，并按照各环节进行描述并明确相应的主体责任。
第一章总则包括了规程的目的、适用范围、定义、术语和缩写等内容。
第二章材料分为材料通用要求、金属材料技术要求和非金属材料技术要求。
其中，金属材料技术要求包括了安全系数、化学成分、力学性能和适用范围等方面的要求，而非金属材料技术要求则包括了石墨、玻璃钢等非金属材料的基本安全要求。
第三章设计包括了设计通用要求、金属压力设计要求和非金属压力设计要求。
设计要求中明确了介质特性、产品结构、试验方法的限定要求，并引用相应标准。
第四章制造则包括了制造通用要求和各种压力的制造要求。
制造要求中明确了各种压力的制造工艺和质量控制要求，以及相应的试验和检测要求。
总之，该规程对固定式压力的安全监管提供了科学、系统和全面的技术规范，为保障人民生命财产安全提供了有力的保障。
4.2 金属压力制造要求金属压力制造应符合国家标准和相关技术规范的要求。
制造过程中应采用合适的材料和工艺，并进行必要的检验和试验，确保的质量和安全性能符合规定。
4.3 非金属压力制造要求非金属压力制造应符合国家标准和相关技术规范的要求。
制造过程中应采用合适的材料和工艺，并进行必要的检验和试验，确保的质量和安全性能符合规定。
5 安装、改造与修理5.1 安装改造修理单位进行固定式压力的安装、改造和修理工作的单位应具备相应的资质和技术能力，并应按照规定进行备案和登记。
5.2 改造与重大修理对固定式压力进行改造或重大修理时，应按照国家标准和相关技术规范的要求进行设计、制造、检验和试验，并经过相应的审批程序。
第五章 第三节 无机非金属材料 第二课时 教案--高一下学期化学人教版(2019)必修第二册
无机非金属材料第二课时教案一、教学内容分析（一）课标分析本课内容在《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中对应必修课程模块二常见的无机物及其应用中主题“5—非金属及其化合物”的内容。
通过对课标进行分析，可得到如下三类具体教学内容。
【内容要求】2.5非金属化合物结合真实情景中的应用实例或通过实验探究，了解费劲使及其化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。
2.6物质性质及物质转化的价值了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。
【教学提示】教学策略发挥核心概念对元素化合物学习的指导作用；重视开展高水平的实验探究活动；紧密联系生产和生活实际，创设丰富多彩的真实问题情境。
【学业要求】1、能列举、描述、辨识典型物质重要的物理和化学性质及实验现象，能用化学方程式、离子方程式正确表示典型物质的主要化学性质。
2、能利用典型代表物的性质和反应，设计常见物质制备分离提纯检验等简单任务的方案。
能从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化途径。
综上，对于“无机非金属材料”一课，需要基于课标建立实际情境，帮助学生学会掌握利用物质的相关性质进行分离提纯，建立在工业上从矿石中提取高纯物质的模型，培养学生的科学意识和社会责任感。
（二）教材分析本节课立足于义务教育阶段人教版必修二第一章第三节的第二课时部分，本节位于“”的最后一节，在本章前两节学生已经学习了硫、氮的结构、性质、转化和应用，非金属元素的学习马上进入尾声，同时，第一课时中介绍了传统硅酸盐材料的组成、性能和应用以及硅和二氧化硅的性质，本节课则主要介绍新型无机非金属材料，包括硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料、以及这些材料在信息、能源领域的应用，并以二氧化硅的提纯、高纯硅的提纯的讨论探究为例，对硅及其化合物的性质进行归纳复习。
二、学情分析本节课的授课对象是普通高中的高一学生。
(智能材料与结构系统)第2章智能材料
(智能材料与结构系统)第2章智能材料1. 引言智能材料是一种能够响应外部刺激并改变其物理性质的材料。
它具有智能感知、自适应调节和灵活响应等特点，在许多领域都有着广泛的应用。
本章将介绍智能材料的概念、分类和应用等内容。
2. 智能材料的概念智能材料是指能够基于外部刺激作出一定响应的材料。
这种响应可以是物理性质的改变，如形状、颜色、光学特性等，也可以是化学性质的改变，如溶解度、反应速率等。
智能材料可以感知环境变化或接收控制信号，并作出相应的动作。
智能材料可以分为两类：一类是被动响应型智能材料，另一类是主动响应型智能材料。
被动响应型智能材料是指在外界刺激下发生物理性质的变化，如热敏材料、压敏材料等。
主动响应型智能材料是指能够根据外界刺激主动改变其物理性质的材料，如形状记忆合金、光敏材料等。
3. 智能材料的分类智能材料可以根据其响应机制进行分类。
常见的智能材料分类包括形状记忆材料、光敏材料、热敏材料、电致变色材料等。
3.1 形状记忆材料形状记忆材料是一类能够在外界刺激下恢复其原始形状的材料。
形状记忆效应是指材料在经历过塑性变形后能够回复到其原始形状的能力。
常见的形状记忆材料包括形状记忆合金和形状记忆聚合物等。
3.2 光敏材料光敏材料是能够对光信号做出响应的材料。
光敏材料可以根据光信号的不同强度、波长和频率做出不同的响应。
光敏材料广泛应用于光电子器件、光学器件和光学传感器等领域。
3.3 热敏材料热敏材料是能够对温度变化做出响应的材料。
热敏材料可以根据温度的不同改变其物理性质，如导电性、热导性等。
热敏材料在温度控制、温度传感器等领域有着广泛的应用。
3.4 电致变色材料电致变色材料是能够在受到电场刺激时改变其颜色的材料。
电致变色材料广泛应用于智能窗户、显示器件和光学涂层等领域。
4. 智能材料的应用智能材料在许多领域都有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：•智能结构：智能材料可以用于构建智能结构，如形状记忆合金用于航空航天领域中的控制杆；光敏材料用于自动调节建筑窗户的透光度。
人教版(2019版)高中化学课程目录(必修1-2,选修1-3)
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实验活动1 乙酸乙酯的制备与性质
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实验活动2 有机化合物中常见官能团的检验
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第四章 生物大分子
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第一节 糖类
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第二节 蛋白质
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第三节 核酸
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整理与提升
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实验活动3 糖类的性质
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第五章 合成高分子
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第一节 合成高分子的基本方法
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第二节 高分子材料
第六章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化 第二节 化学反应的速率与限度 实验活动6 化学能转化成电能 实验活动7 化学反应速率的影响因素 第七章 有机化合物 第一节 认识有机化合物 第二节 乙烯与有机高分子材料 第三节 乙醇与乙酸 第四节 基本营养物质 实验活动8 搭建球棍模型认识有机化合物分子结构的特点 实验活动9 乙醇、乙酸的主要性质 第八章 化学与可持续发展 第一节 自然资源的开发利用 第二节 化学品的合理使用 第三节 环境保护与绿色化学
选择性必修2 第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构 第二节 原子结构与元素的性质 整理与提升 第二章 分子结构与性质 第一节 共价键 第二节 分子的空间结构 第三节 分子结构与物质的性质 第三章 晶体结构与性质 第一节 物质的聚集状态与晶体的常识 第二节 分子晶体与共价晶体 第三节 金属晶体与离子晶体 第四节 配合物与超分子 实验活动 简单配合物的形成
备注
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 序号 1 2 3
第三节 盐类的水解 第四节 沉淀溶解平衡 实验活动2 强酸与强碱的中和滴定 实验活动3盐类水解的应用 第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 第二节 电解池 第三节 金属的腐蚀与防护 实验活动4 简单的电镀实验 实验活动5 制作简单的燃料电池
第三节 无机非金属材料
3.常见的硅酸盐材料
原料
陶瓷 黏土
设备 陶瓷窑
普通玻璃
普通水泥
纯碱(Na2CO3)、 主要原料： 石灰石、黏土
石灰石(CaCO3)、辅助原料：适量的石膏
石英砂(SiO2)
玻璃窑
水泥回转窑
主要 含水的铝硅酸 成分
硅酸钠(Na2SiO3) 硅酸钙(CaSiO3 ) 二氧化硅(SiO2)
硅酸三钙(3CaO∙SiO2) 硅酸二钙(2CaO∙SiO2 ) 铝酸三钙(3CaO∙Al2O3)
离子方程式:_N__a_2_S_iO__3_+_H__2_O_+__C_O__2_=_N__a_2_C_O__3_+_H__2_S_iO__3_↓______
②硅酸钠和盐酸反应的离子方程式为∶
____S_i_O__32_-_+_2_H__+_=_H__2_S_i_O_3_↓______________________________
(1)生产硅酸盐产品水泥和普通玻璃都需要用到的主要原 料是______石__灰__石_______。制备普通玻璃的主要反应方程
式为:
高温
____N__a_2C__O_3_+_S_i_O_2_____N__a_2S_i_O_3_+_C__O_2_↑___________
_____C_a_C__O_3_+_S_i_O_2__高__温__C_a_S__iO__3+_C__O_2_↑___________
(4)水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土。
(√ ) (5)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行。 ( √ ) (6)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化。 ( √ )
功能材料与智能材料概述
智能材料的构想来源于仿生学，它的 目标就是想研制出一种材料，使它成为具 有类似于生物的各种功能的“活”的材料。
因此智能材料必须具备感知、驱动和 控制这三个基本要素。
6
功能材料和智能材料概述
但是现有的材料一般比较单一，难以满足 智能材料的要求，所以智能材料一般由两种或 两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。
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功能材料和智能材料概述
（1）基体材料
基体材料担负着承载的作用，一般宜 选用轻质材料。
一般基体材料首选高分子材料，因为 其重量轻、耐腐蚀，尤其具有粘弹性的非 线性特征。其次也可选用金属材料，以轻 质有色合金为主。
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功能材料和智能材料概述
（2）敏感材料
敏感材料担负着传感的任务，其主要作 用是感知环境变化（包括压力、应力、温度、 电磁场、pH值等）。
因为现在可用于智能材料的材料种类不 断扩大，所以智能材料的分类也只能是粗浅 的，分类方法有多种。
21
功能材料和智能材料概述
若按智能材料的功能来分，可以分为光 导纤维、形状记忆合金、压电、电流变体和 电（磁）致伸缩材料等。
若按智能材料的化学成分来分，可以分 为金属系智能材料、无机非金属系智能材料 和高分子系智能材料。
3
功能材料和智能材料概述
1、什么是智能材料？
智能材料是二十世纪90年代迅速发展起来的 一类新型复合材料，将在21世纪得到广泛研究和 应用的材料。
智能材料：是指具有感知环境（包括内环境和 外环境）刺激，对之进行分析、处理、判断，并 采取一定的措施进行适度响应的具有智能特征材 料。
4
功能材料和智能材料概述
14
功能材料和智能材料概述
（7）自调节能力（Self-adjusting ）
(自动控制原理)第三章2
0~10mA 4~20mA 1~5V ➢温度变送器还可以作为直流毫伏转换器 来使用，将其他能够转换成直流毫伏信号 的工艺参数也变换成统一标准信号 ➢温度变送器广泛使用
两线制是指电流信号输出的变送器， 4-20mA等；三线制为电压信号输出的变送 器，0-5V等；四线制为了防止干扰，信号 线与电源线分隔开的电流信号输出变送器。
图3-10 位式输出的补偿式控制器
室外温度补偿特性
根据室外温度变化，全年自动调节控制室内温度
3.3.2 软件控制器
1.直接数字控制器(DDC) 2.计算机控制系统的基本控制算法 3.可编程控制器(PLC-Programmable Logic Controller ) 4.现场控制单元的软件结构
1)增量型PID控制算法的输出Δu(k)仅取决于最近3次的e(k)、 e(k-1)和e(k-2)的采样值，计算较为简便，所需的内存容量 不大。 2)由于微机输出增量，所以误动作影响较小，必要时可用 逻辑判断的方法去掉。 3)在手动/自动无扰动切换中，增量型PID控制算法要优于 位置型PID控制算法。 4)不产生积分失控，所以能容易获得较好的调节效果，一 旦计算机发生故障，则停止输出Δu(k)，阀位大小保持发 生故障前的状态，对生产过程无影响。
(2)改进型PID控制算法 在计算机控制系统中，如果单 纯用数字PID调节器去模仿模拟调节器，不会获得更好 的效果。
1、 P控制——比例控制
即：
比例控制规律：在该控制系统中，阀门开度的 改变量与被控变量（液位）的偏差值成比例。
令：
则：
KP：比例控制的放大倍数 KP决定了比例控制作用的强弱。 KP越大，比 例控制作用越强。 改变杠杆支点的位置，便可改变KP的数值。
智能材料论文：智能无机非金属材料
智能资料论文：智能无机非金属资料摘要构造资料所处的环境极为复杂，资料破坏引举事故的危险性不停增添，研究与开发对破坏能自行诊疗并拥有自修复能力的构造资料是十分重要而迫切的任务。
本文对智能资料的发展、构想、无机非金属智能资料进行了综述，对智能资料进一步研究进行了展望。
要点词智能；无机非金属；资料智能资料是指对环境拥有可感知、可响应并拥有功能发现能力的新资料。
日本高木俊宜教授[1]将信息科学融于资料的物性和功能，于1989年提出了智能资料（Intelligent materials）看法。
至此智能资料与构造的研究也开始由航空航天及军事部门[2,3]渐渐扩展到土木匠程[4]、医药、体育和平时用品[5,6]等其余领域。
同时，美国的R·E·Newnham教授环绕拥有传感和履行功能的资料提出了灵便资料（Smart materials）看法，又有人称之为机警资料。
他将灵便资料分为三类：被动灵便资料——仅能响应外界变化的资料；主动灵便资料——不单能辨别外界的变化，经履行线路能引发反应回路，并且响应环境变化的资料；很灵便资料——有感知、履行功能，并能响应环境变化，从而改变性能系数的资料。
R·E·Newnham的灵便资料和高木俊宜的智能资料看法的共同之处是：资料对环境的响应性。
自l989年以来，先是在日本、美国，此后是西欧，从而世界各国的资料界均开始研究智能资料。
科学家们研究将必需的仿生(biominetic)功能引入资料，使资料和系统达到更高的层次，成为拥有自检测、自判断、自结论、自指令和履行功能的新资料。
智能构造经常把高技术传感器或敏感元件与传统构造资料和功能资料联合在一同，给予资料崭新的性能，使无生命的资料变得有了“感觉”和“知觉”，能适应环境的变化，不单能发现问题，并且还可以自行解决问题。
因为智能资料和系统的性能可随环境而变化，其应用远景十分宽泛[7]。
比如飞机的机翼引入智能系统后，能响应空气压力和飞翔速度而改变其形状；进入太空的灵便构造上设置了消震系统，能赔偿失重，防备金属疲惫；潜水艇能改变形状，除去湍流，使流动的噪声不易被测出而便于隐蔽；金属智能构造资料能自行检测损害和克制裂缝扩展，拥有自修复功能，保证了构造物的靠谱性；高技术汽车中采纳了很多灵便系统，如空气-燃料氧传感器和压电雨滴传感器等，增添了使用功能。
功能材料----智能材料讲解
第六章
第二节 金属系智能材料
二.磁致伸缩材料 目前磁致伸缩智能材料的主流是稀 土磁致伸缩材料，稀土超磁致伸缩材料 是近期才发展起来的一种新型功能材料。 磁致伸缩材料在电磁场的作用下可以 产生微变形或声能，也可以将微变形或 声能转化为电磁能。
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第六章
第二节 金属系智能材料
磁致伸缩大小可以用磁致伸缩系数λ＝ ΔL/L（相对伸缩量）表示。
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第六章
第一节 智能材料的定义
三.智能材料的分类
按照组成智能材料的基材来划分：
(1)金属系智能材料 主要指形状记忆合金 材料(SMA)，形状记忆合金是一类重要的执 行器材料，可用其控制振动和结构变形。
(2)无机非金属系智能材料 主要包括压电 陶瓷、电致伸缩陶瓷，电(磁)流变体等。11 Nhomakorabea 第六章
第一节 智能材料的定义
15
第六章
(3)形状 记忆合金
第一节 智能材料的定义
理想的驱动器，通常以细丝状态用于智能 结构，它主要适用于低能量要求的低频和 高撞击应用。
在电位差作用下，粘度发生显著变化。它 (4) 可以作为空间结构用驱动器，用于结构减 电流变液 振；填充在复合材料的直升机旋翼叶片内 腔中用来控制旋翼刚度，达到减振目的。
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第六章
第一节 智能材料的定义
因此智能材料必须具备三个基本要 素：感知、信息处理和执行功能。
智能材料的构想来源于仿生学，它的目标
就是想研制出一种材料，使它成为具有类
似于生物的各种功能的“活”的材料。
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第六章
第一节 智能材料的定义
二.智能结构与系统 智能结构与系统是把传感器、驱动器、 光电器件和微处理机等埋在复合材料中， 形成的既能承载又具有某些特定功能的 功能性结构材料，即是将不同功能的材 料通过不同层次的“复合”赋予材料多 重功能，这就形成所谓智能材料结构与 系统的概念。
非金属材料在生活中的应用
非金属材料在生活中的应用非金属材料是指不含金属元素或不以金属为主要成分的材料。
它们在生活中广泛应用于各行各业，包括建筑、家居、交通、通信、医疗等领域。
本文将重点介绍非金属材料在这些领域中的应用。
一、建筑领域中的非金属材料应用1. 玻璃：玻璃是一种常见的非金属材料，在建筑中应用广泛。
它可以用于制作窗户、玻璃墙、玻璃隔断等。
玻璃的透明性能使得室内空间更具通透感，同时还能够阻挡紫外线的辐射，保护室内物品不受损。
2. 瓷砖：瓷砖是一种常见的地面装饰材料，也是非金属材料的一种。
它具有防潮、耐磨、耐高温等特点，使得它成为厨房、卫生间等潮湿环境的理想选择。
同时，瓷砖的多样化款式和颜色也能满足人们对于美观的追求。
3. 水泥：水泥是建筑领域中必不可少的非金属材料。
它被广泛应用于房屋建筑、道路、桥梁等基础设施的建设中。
水泥具有高强度、硬化迅速等特点，能够提供坚固的结构支持。
二、家居领域中的非金属材料应用1. 陶瓷：陶瓷作为一种非金属材料，被广泛应用于餐具、花瓶、装饰品等家居用品中。
它具有耐高温、耐磨、易清洗等特点，能够满足人们对于美观和实用性的需求。
2. 塑料：塑料是一种重要的非金属材料，在家居领域中扮演着重要的角色。
比如，塑料制成的家具更轻便、易清洗，而且价格相对较低，受到了许多家庭的欢迎。
3. 塑料管道：塑料管道在家居装修中被广泛运用。
它们具有防腐蚀、耐磨、密封性好等特点，能够用于给水、排水、暖气等方面的管道布置。
三、交通和通信领域中的非金属材料应用1. 复合材料：复合材料是由两种或更多种不同材料组成的，具有优良性能的非金属材料。
在交通领域中，复合材料常被用于航空器、汽车、公交车等车辆的制造，以提高其强度和轻量化。
2. 光纤：光纤是一种用于通信领域的非金属材料，被广泛应用于电话、互联网、电视等通信设备中。
光纤具有高传输速率、抗干扰性强等特点，能够满足现代通信的需求。
3. 橡胶：橡胶常被应用于交通领域中的轮胎制造中。
智能材料智慧树知到课后章节答案2023年下江苏大学
智能材料智慧树知到课后章节答案2023年下江苏大学江苏大学第一章测试1.感知、反馈和响应是智能材料的三要素。
答案:对2.组成智能材料系统的基本单位是（）。
答案:控制器;基体材料;驱动器;传感器3.智能材料来源于功能材料，功能材料是智能材料的基础。
答案:对4.下列哪类材料不属于无机非金属系智能材料。
答案:高温合金5.智能材料结构是指能（），具有感知和控制等功能的材料和结构。
答案:模仿生物体第二章测试1.触觉传感器的出现或许可以为截肢患者的触觉恢复带来新的曙光。
答案:对2.贝壳的珍珠层包围核心铺排成层，珍珠的珍珠层沿表面铺排成层。
答案:错3.具有超疏水特性的表面结构有（）答案:蝴蝶翅膀表面;荷叶表面;水黾腿部4.木材（）是木材年轮结构的物质基础，也是木材具有一定强度的物质基础。
答案:细胞壁5.以下不属于视觉传感器应用的是（）答案:家电遥控第三章测试1.压电陶瓷的晶体结构一定是具有对称中心的晶体答案:错2.PVDF是一种柔性压电材料。
答案:对3.压电智能材料可以应用于以下场合。
答案:噪声控制;传感器;驱动器4.目前，应用最广泛的压电材料是( )答案:PZT压电陶瓷5.( )是表征材料压电性能的重要参数答案:压电常数第四章测试1.形状记忆聚合物是线性嵌段共聚物，含有硬段和软段，其硬段作为凝固相，负责形状记忆功能。
答案:错2.部分稳定化的ZrO2陶瓷和四方ZrO2多晶体陶瓷中的四方相，在冷却时或应力作用下可转变为单斜相，即能够发生马氏体相变，得到形状记忆效应。
答案:对3.主要的三类形状记忆合金是（）、（）、（）。
答案:Cu基合金;Fe基合金;Ti基合金4.管接头、天线等是利用（）的单向形状恢复。
答案:单程记忆效应5.在宇宙飞船发射之前，室温下将经过（）处理的NiTi合金折成球状放入飞船，进入太空轨道后，通过加热或者利用太阳热能，被折成球装的合金丝就完全打开。
答案:复合材料第五章测试1.超磁致伸缩材料产生伸缩的响应速度和时间比人的思维还快。
高二化学《无机非金属材料》说课稿
高二化学《无机非金属材料》说课稿一、教材结构和内容分析第三章《非金属及其化合物》主要讨论硅、氯、硫和氮等典型元素及其重要化合物的性质，安排在“金属及其化合物”之后，是常见无机物及其性质等知识的继续。
这些内容既是学生今后继续学习化学的基础，也是在生活中经常要接触、需要了解和应用的化学常识。
因为硅是地壳的基本骨干元素，硅及其化合物在材料科学和信息技术等领域的应用前景十分广阔，含硅元素的材料制品大都以二氧化硅为原料，硅酸盐工业在经济建设和日常生活中有着非常重要的地位，所以介绍硅及其化合物，体现了硅元素存在的普遍性和广泛性，也突出了它在社会发展历程中、在科学现代化中的重要性和应用价值。
从学生学习的角度来看，硅及其化合物性质也比较简单，学生的学习负担比较轻，有利于学习积极性的保护和培养。
学生也可以进一步尝试联系生活实际及从实验操作和实验现象去探索物质的化学性质;从微观结构去深化对性质和用途的理解，这种学习方式的过程和方法一经掌握后，可以为以后学习元素化合物知识内容打下良好的基础。
二、教学目标依据新课程理念，本着对教材结构和内容的理解，我提出如下教学目标：1.知识和技能目标：了解硅单质及二氧化硅的主要性质，认识硅及二氧化硅的广泛用途，探索非金属的性质和非金属的原子结构的关系，初步学会从实验的角度探索和认识物质的化学性质的本领。
2.过程与方法目标：使学生学会运用对比的方法来认识物质的共性和个性，培养学生对新旧知识进行归纳比较的能力。
通过“结构——性质——用途”的学习模式，让学生逐步掌握学习元素化合物知识的一般方法。
并体验通过联系生活实际及实验解决化学问题，揭示物质性质的过程与方法。
3.情感态度和价值观目标：通过课本及课件中大量的精美图片、实物、相应的化学实验现象感受到化学科学的魅力及化学对人类生产、生活的贡献，提高学习化学的兴趣，形成科学的社会观，关心环境，资源再生等与现代社会有关的化学问题，培养学生社会责任感。
非金属材料在生活中的应用
非金属材料在生活中的应用非金属材料在生活中的应用非金属材料广泛应用于我们的日常生活中，其独特的性能和优势使得我们的生活更加便利和舒适。
本文将以不同的角度探讨非金属材料在生活中的应用。
一、建筑领域非金属材料在建筑领域中扮演着重要的角色。
例如，瓷砖和玻璃是建筑中常见的非金属材料。
瓷砖具有耐磨、耐腐蚀、易清洁等特点，被广泛应用于地板和墙壁的装饰。
而玻璃不仅具有良好的透光性和美观度，还能有效隔绝噪音和气味，使室内环境更为舒适。
二、化工行业非金属材料在化工行业中应用广泛。
例如，塑料是一种常见的非金属材料，其具有轻质、耐用、隔热等特点，成为化学生产和包装领域的重要材料。
此外，橡胶也是一种重要的非金属材料，它具有优异的弹性和耐磨性，被广泛应用于橡胶制品、轮胎等领域。
三、电子领域在电子领域中，非金属材料具有不可替代的作用。
例如，塑料绝缘材料广泛应用于电线、电缆的绝缘层，有效防止电流泄漏和短路事故的发生。
另外，半导体材料如硅和锗等非金属元素的应用，使得电子产品越来越小型化和高性能化。
四、医疗保健非金属材料在医疗保健领域中的应用也很重要。
例如，陶瓷材料常用于牙科修复和人工关节领域，其良好的生物相容性和耐磨性使其成为理想的材料选择。
此外，高分子材料如医用塑料及橡胶的应用，使得医疗器械更加安全可靠。
五、交通运输非金属材料在交通运输行业中也有广泛应用。
例如，复合材料被广泛应用于航空航天领域，其具有轻质、高强度的特点，能够减轻飞机的自重，提高燃油效率。
此外，碳纤维材料在汽车制造中的应用，能够减少车身的重量，提高汽车的燃油经济性。
六、环境保护非金属材料在环境保护领域中发挥重要作用。
例如，陶瓷膜在水处理和废气净化中的应用，能够高效去除污染物，提高水质和空气质量。
此外，再生纸和可降解塑料等非金属材料的应用，有助于减少自然资源的消耗和环境污染。
综上所述，非金属材料在建筑、化工、电子、医疗、交通和环保等领域中起着重要的作用。
随着科技的不断进步和创新，我们相信非金属材料在未来的应用领域将会更加广泛，为我们的日常生活带来更多的便利和舒适。
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（4）压电复合材料
压电陶瓷： 高介电性、较强的压电性和大的机电耦合系数； 制备温度较高、制备工艺较复杂; 不易制得薄膜材料、质脆，应用受限； 压电聚合物： 高的介电性、较强的压电性; 高的机械强度、柔韧性; 使用温度较低，应用同样受限。
压电复合材料:克服了压电陶瓷材料的脆性和压电聚 合物材料的温度限制 ——智能材料系统与结构中最有前途的压电材料。
根据制备方法不同可分为： *胶粘接式 *多层共烧式
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双压电晶片式弯曲型驱动器
设计思路 二个压电陶瓷片粘在一起，其极化电压 极性相反；加上电压使其中一片伸长，另一 片收缩，形成弯曲位移。
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应 用
(1)抑制振动和噪声 压电智能材料应用研究主要集中在: 结构的声和振动主动控制； 结构形状的自适应控制。 ★ 1991年 弗吉尼亚工学院 压电陶瓷结构声主动 控制系统ASAC 可将110dB声源的声强降低29dB。
（5）日常生活 压电点火器；电子打火机、煤气灶、热水器 压电谐振器和蜂鸣器：电子钟表、声控门、报警器、 儿童玩具、电话； 验证笔迹和声音特征的压电传感器：银行、商店、 超净厂房和安全保密场所的管理以及侦察、破案； 压电引信：精确引燃引爆破甲弹等杀伤性武器。
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煤气灶电子点火器 利用压电传感器工作原理进行点火。 结构：一般由两个压电陶瓷元件并联组成。
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b.二元系压电陶瓷 BaTiO3－CaTiO3系 大大降低第二相变温度，但不能提高居里点
BaTiO3－PbTiO3系 能提高居里点，同时降低第二相变点
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★锆钛酸铅 PbZrO3 和PbTiO3以任何比例形成的连续固溶体， 化学式为Pb(ZrxTi1-xO)3，简称PZT。 高压电活性和高介电常数(压电常数是BaTiO3的两 倍)，其它性能比BaTiO3好得多。 开辟了压电陶瓷应用(变压器、滤波器、换能器、 通讯、计测、引燃引爆装置、超声延迟线等)的新 局面，具有划时代意义。 改性方法： 改变Zr/Ti比； 等价离子及不等价离子置换或掺加杂质、氧化物， 如Ba2+、Sr2+、Sn4+、La3+、Bi3+、Sn5+等。
=
输入的总机械能 由电能转换的机械能 输入的总电能
=
*k和k2总小于1； * 不同形状和振动方式所对应的机电耦合系数也不 相同。
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3.5.2 压电、铁电材料
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（1）压电单晶 石英(天然、人工)晶体——俗称水晶 。 俗称 居里点为573℃的六角晶系α-石英。 性能特点： ●压电常数小，压电系数和介电系数的温度稳定性 压电常数小，压电系数和介电系数的 好，在20-200℃压电系数变化率仅为-0.016%； ●机械强度和品质因素高，允许应力高达 6.8×107Pa~9.8×107Pa，且刚度大，固有频率 高，动态特性好； ●无热释电性，且绝缘性、重复性均好。
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（4）生物医学测量 聚偏二氟乙烯PVDF 优点：低的声阻抗和介电常数，柔软，灵敏度高、 耐击穿、声阻抗与人体组织的声阻抗接近。 应用：脉搏计、血压计、超声仪和胎心探测器等； 大面积的传感器阵列器件，如人造皮肤等， 对环境温度和压力敏感。 其它： 勘探和目标识别：识别盲文书信和不同级别的砂 纸，准确性近100%； 探测水下物体的传感器； 扬声器、耳机、微音器 38
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压电效应的表征
(1)压电应变常数d： ——介质电位移D（单位面积电荷）和应力T以及 应变S和电场强度E之间的关系。 对于正压电效应： D=dT 对于逆压电效应： S=dE 两式中的d在数值上相等
它描述作为驱动材料 运动或振动的能力。 它描述作为 高功率声纳希望材料的d值要高。
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压电效应的表征
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3.5.3 压电驱动器
工作原理——逆压电效应 施加电压 与其极化电压极性相反 :压电陶瓷缩短 ； 施加 与其极化电压极性 压电陶瓷 施加电压 与其极化电压极性相同 :压电陶瓷伸长 ； 施加 与其极化电压极性 压电陶瓷 施加交流电压 :交替地伸长和缩短; 施加 控制施加电压的大小 ：控制位移输出大小 控制施加 ：控制
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工作过程
压电薄膜传感器
压电陶瓷超声传感器
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数码聚焦驱动器
超声清洗换能器
燃油喷射器用压电驱动器
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多层压电扬声器
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3.5.4 压电传感器
原理——正压电效应
压电感知元件仅对应力的变化作出反应。压电 传感器是交流器件，而不是直流器件，只能够测量 动态的应力，不能用于静态测量。
结构
压电片通常是两片（或两片以上）粘结在一起， 一般常用并联接法。其总面积是单片的两倍，极板 上的总电荷Q并为单片电荷Q的两倍。加上电极即构 成最简单的压电传感器。
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压电材料与其它材料复合制成自适应ຫໍສະໝຸດ 构：传感器和驱动器自成孤立系统
传感器直接装在驱动器顶部的 机械耦合系统
★降低圆柱型卫星天线桅杆的振动； ★具有自行调整外形功能的直升机推进叶片； ★ 智能蒙皮 —— 相当于柔顺材料，对于压力的波 动，可获得高于橡胶6倍的柔顺性。
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（2）减少应力集中，延长疲劳寿命 压电陶瓷诱发应变驱动器能够主动减少应变 集中，延长疲劳寿命。 其它 军事上：压电陶瓷水声换能器 ——核潜艇的“眼睛”
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应用
(1)加速度和力的测量 ——制成力传感器、加速度传感器、压力传感器 常用的压电材料：石英晶体 和压电陶瓷。 常用的压电材料： 压电加速度传感器：常用的加速度计。 特点：结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长。 应用：飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和 应用：飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的 冲击测量，在航空和宇航领域中具有特殊 地位。
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(2)压电陶瓷 特点 ●压电常数大，灵敏度高； ●制造工艺成熟，可通过合理配方和掺杂等人工 控制来达到所要求的性能； ●成形工艺性好，成本低廉，利于广泛应用。 ●具有热释电性，会给压电传感器造成热干扰， 降低稳定性，对高稳定性的传感器应用有限。
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a.一元系压电陶瓷 BaTiO3： 机电耦合系数大，最早的有实用价值的压电陶瓷; 制备容易，且可制成任意形状和极化方向的产品。 PbTiO3： 居里温度高(Tc=490 ℃)，能在高温下使用； 自发极化强度在钙钛矿型晶体结构的铁电体中最高; 镧系元素(La，Ce，Nd，Sm，Eu和Gd)的掺入对 其晶格参数及介电、压电性能的影响较大。
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（2）压电式周界报警系统（用于重要位置出入口、 周界安全防护等） 将长的压电电缆埋在泥土的浅表层 ——分布式地下麦克风或听音器 在几十米范围内探测人的步行，分辨车辆类型 （3）交通监测 将高分子压电电缆埋在公路上 用于：获取车型分类信息(包括轴数、轴距、轮距、 单双轮胎、汽车类型)、车速监测、收费站 地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通 数据信息采集(道路监控)及机场滑行道等。
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压电陶瓷驱动器的结构类型
应用最多： 线性多层式驱动器 双片式弯曲型驱动元件
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线性多层式驱动器
设计思路 压电陶瓷的变形量与厚度无关 多层压电陶瓷薄片在电学上并 联、在位移和驱动力方面串联 叠加，层叠烧结在一起制成多 层结构。
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线性多层式驱动器
性能特点 位移随层数增加而增加； 工作电压大幅度降低。
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锂盐类压电和铁电单晶 铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、锗酸锂(LiGeO3)、 镓酸锂(LiGaO3)、锗酸铋(Bi2GeO20)等。 铌酸锂：一种多畴单晶 ，须通过极化处理后才能成 铌酸锂：一种 为单畴单晶，呈现类似单晶体的特点，即 机械性能各向异性。 性能特点： 时间稳定性好，居里点高 达1200℃，在高温、强辐射 时间稳定性好， 条件下仍具有良好的压电性，机电耦合系数高。 不足：质地脆、抗机械和热冲击性差。
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C.三元系及多元系压电陶瓷 PZT-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 PZT-各种驰豫铁电体固溶物
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无铅压电陶瓷 BaTiO3 钛酸铋钠(Na1/2,Bi1/2) TiO3 (BNT) 系统 含铋层状结构 铌酸盐 中国科学院上海硅酸盐研究所 钛酸铋钠基无铅压电陶瓷系列 (1-x)Nal/2Bi1/2TiO3—xBaTiO3 (x=0.06时压电性能最好)
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压电陶瓷/聚合物复合材料 将压电陶瓷和压电聚合物按一定的连通方式、 一定的体积或质量比例和一定的空间几何分布复 合而成。 性能影响因素： 组成成分—各组份的比例 两相材料的连通方式
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压电陶瓷/聚合物复合材料的十种基本类型
第一个数字代表陶瓷相的连通维数； 第二个数字代表聚合物相的连通维数 空白区：压电陶瓷；阴影区：聚合物
(2)压电电压常数g： 应力与所产生的电场强度，或应变与所引起的电 位移的关系。
g=d/E
由机械应力而产生电压 的材料如留声机、扩音器 由机械 希望有高的 g值。 希望有
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(3)机电耦合系数k： 综合反映压电材料性能的参数，表示电能转变为 机械能或者机械能转变为电能的分数。 K2 K2 由机械能转换的电能
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压电聚合物种类 通常为非导电性高分子材料。 晶态聚合物： 目前唯一能够商业化生产的压电聚合物材料。 种类：滚延聚偏氟乙烯(PVDF) 和三氟乙烯(TrFE)的共聚物P(VDF-TrFE) 和四氟乙烯(TFE)的共聚物P(VDF-TFE) 奇数的尼龙等。
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非晶态聚合物: 尚无足够高的具有商业应用价值的压电性能。 腈基取代高聚物：聚丙烯腈(PAN) 聚(亚乙烯基氰/醋酸乙烯)(PVDCN/VAc) 聚苯基氰基醚(PPEN) 聚(1-环二丁腈) 最具前途：亚乙烯基氰共聚物（强的介电弛豫强度和 大的压电效应）。
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压电驱动器性能和特点
压电驱动器特点 (1)不需传动机构，位移控制精度高，可达0.01μm； (2)响应速度快，约为10μs，无机械吻合间隙，可实 现电压随动式位移控制。 (3)较大的力输出，约为 3.9kN/cm2。 (4)功耗低，比电磁马达式微位移器低1个数量级，且 当物体保持一定位置(高度)时，器件几乎无功耗。 (5)易与电源、测位传感器、微机等实现闭环控制 。 与电源、测位传感器、微机等 相对其它微位移器件体积小 得多。 相对其它微位移器件