http://www.nyq.cn
 当前位置:首页-> 备课参考 -> 高一化学 -> 高一下学期 -> 第七章 硅和硅酸盐工业

第三节 新型无机非金属材料

作者:未知来源:中央电教馆时间:2006/4/26 22:23:06阅读:nyq
字号:|


扩展资料

液晶

  介于固态和液态之间的各向异性流体,所以,有时又把它叫做介晶态。液晶的发现打破了人们关于物质三态(固态、液态、气态)的常规概念。

  现在已经知道的液晶物质,多数是脂肪族化合物、芳香族化合物和甾族化合物。科学工作者发现,分子的几何形状和该分子是存在液晶相(这里的"态"和"相"两字的含义相同)有关。呈细长棒状,平板状或盘状的分子,才有可能存在液晶相。

  用偏光显微镜来观察液晶,根据它们呈现的纹理结构(一种图案),可把液晶分成三种类型三种相。(1)近晶型液晶或近晶相。(2)向列型液晶或向列相。(3)胆甾型液晶或胆甾相。近晶型液晶的分层排列,有同一方向,与晶体相近,故译名为向近晶相。向列型液晶的分子位置杂化,但方向一致,故译名为向列相。胆甾型液晶,最早是从胆甾醇类物质中发现的,便命名为胆甾相液晶。

  液晶在电场作用下,光学性能的变化叫电光效应。电子计算器、钟表等的数字显示就是液晶电光效应的应用。利用液晶的热效应(即液晶的光学性能随温度的变化)可作医学上的皮癌检查和肿瘤部位的测定,还可用于测定细胞内的化学反应。此外,还应用于航空机械和冶金产品的无损探伤和高分子反应中的定向聚合等。



扩展资料

光纤通讯

  1870年,英国物理学家廷德尔在实验中观察到,把光照射到盛水的容器内,从出水口向外倒水时,光线也沿着水流传播,出现弯曲现象,这好象不符合光只能直线传播的定律。实际上,这时光仍是沿直线传播,只不过在水流中出现了光反射现象,因而光是以折线方式前进的。

  简单地说,光纤通信也就是运用光反射原理,把光的全反射限制在光纤内部,用光的信号取代传统通信方式中的电信号。

  廷德尔观察到的现象,直至1955年才得到实际应用。当时英国伦敦英国学院工作的卡帕尼博士,发明了用极细的玻璃制做光导纤维。每根细如丝的光导纤维是用两种对光的折射率不同的玻璃制成,一种形成中央中心束线,另一种包在中心束线外面形成包层。由于两种玻璃在光学性质上的差别,光线经一定角度从光导纤维的一端射入后,不会从纤维壁逸出,而是沿两层玻璃的界面连续反射前进,从另一端射出。最初,这种光导纤维只是应用在医学上,用来改进内窥镜。当时使因而应用范围受到限制。

  1960年,在英国标准通信公司实验室工作的英籍华裔科学家高昆博士和霍克姆博士提出:只要去除玻璃中的杂质,使其对光的吸引减到最小,就可以利用光导纤维进行远距离光信息传输。并提出做光通信的光导纤维的衰减率须小于每公里20分贝。

  1970年,美国柯林玻璃公司研制出第一根光损耗为每公里20分贝的低损耗光导纤维拉开了光导纤维应用于光通信的序幕。柯林公司经多年努力,利用先进的技术,已能制出很纯、很均匀的玻璃纤维,使进入法纤的光信号,在强度减半前可行进10多公里。

  光导纤维的制造技术在迅速发展,光纤的光衰减率逐年降低。到1979年,1.5微米波长的最低光损耗率可达每公里0.2分贝。有了如此高质量的光导体,就可以减少对价格昂贵的增幅器的需求。光纤通信与目前通用的电气通信相比有许多优越之处。光纤通信的通信容量比电气通信100倍,一根比头发丝还细的光纤可传输几万路电话或几千路电视。制造光导纤维的原则是地球上取之不尽的石英,只要几克石英就能制出一公里长的光纤。因而用光纤代替普通金属导线可以节约大量宝贵的有色金属铜和铅。光纤的重量很轻,8根光纤做成的光缆,每公里仅重约60公斤,而同样数量的普通电缆则有4吨重。光导纤维的传输损耗低,因此中继站距离长。一般同轴电缆,每隔1.5公里就要设一个中继站;而光纤通信的中继站,距离可超出10公里。这就意味着采用光纤通信系统的投资可大大降低。另外,光纤通信还具有抗干扰、无污染、保密性等优点。

  光纤通信确是一种理想的通信手段。自1977年5月,美国电报电话公司在芝加哥市内两个电话局间开通了世界上第一条光纤通信线路以来,世界上已有很多国家开始及发展光纤通信,美、日、英、法等八国已宣布,今后铺设长途通信干线不再使用电缆而改用光缆了。



扩展资料

光导纤维是传递信息的使者

  光导纤维又称导光纤维﹑光学纤维,是一种把光能闭合在纤维中而产生导光作用的纤维。它能将光的明暗﹑光点的明灭变化等信号从一端传送到另一端。光导纤维是由两种或两种以上折射率不同的透明材料通过特殊复合技术制成的复合纤维。它的基本类型是由实际起着导光作用的芯材和能将光能闭合于芯材之中的皮层构成。光导纤维有各种分类方法:按材料组成万分可分为玻璃﹑石英和塑料光导纤维;按形状和柔性分为可挠性和不可挠性光导纤维;按纤维结构分为皮芯型和自聚集型(又称梯度型);按传递性分为传光和传象光导纤维;按传递光的波长分为可见光﹑红外线﹑紫外线﹑激光等光导纤维。

  众所周知,玻璃是一种宁折不挠的硬性材料,它既不耐冲击,又不能拗屈。但把玻璃抽成细丝后,它就会一反常态地变得柔软耐磨,可挠易弯, 还具有不燃烧﹑耐腐蚀﹑隔热﹑吸音﹑强度大的特点。如经树脂涂层和印染处理,还可作为室内装饰用布。人们又发现,玻璃纤维的细度越细,则柔韧性越好,合股线的强力也就越高。又由于玻璃的透光性能好,还有传递光能的作用,因此,从70年代起,人们就成功地将二氧化硅玻璃纤维用于光通讯技术。这是第一代光导纤维,它是用二氧化硅玻璃纤维做芯线,线外用甲基丙烯酸酯涂膜,以增强光导纤维的机械强度和防止光能散射。通讯的原理是用玻璃纤维接受光讯号﹑再传导给光调制器﹑并经光探测器和光接受机,通过接口件转换成电磁讯号。这种光导纤维的重量只有普通电话电缆的千分之一。而且这种通讯方法具有容量大﹑抗干扰性好﹑能量衰耗小等特点,但是,这种光导纤维的抽丝和对接难度大,推广应用困难。于是,1964年美国首先研制成功了第二代光导纤维,它采用合成材料做芯线(如用重氢取代氢离子的聚甲基丙烯酸甲酯做芯线),外层涂料用聚乙烯或聚四氟乙烯。也有采用丙烯腈做芯线,用聚苯乙烯做涂料的光导纤维。这种光导纤维的芯线透射率高,涂层折射率低,光能损耗低于20dB,而且加工技术简单,可加工极细的光导纤维,目前应用的细度可达0.005mm以下,可方便地根据需 要来加工导线的长度,这样可减少接头的损耗,而且柔软度优于玻璃纤维,便于推广使用。

  光导纤维一般以束﹑缆﹑板﹑管等形式使用。制造有机导光纤维的内芯和涂层材料很多,有的在聚甲基丙烯酸甲酯纤维上覆盖一层聚乙烯或其他不同折射率的材料(如聚四氟乙烯),还有的采用聚丙烯腈树脂覆盖腈纶芯丝。

  在选择光导纤维的基材时,一般要求芯料的透光率高,而涂层材料要求折射率低,并且要求芯料和涂料的折射率相差越大越好。在热性能方面,要求两种材料的热膨胀系数相接近,若相差较大,则形成的光导纤维产生内应力,使透光率和纤维强度降低。另外,要求两种材料的软化点和高温下的粘度都要相接近,否则,会导致芯料和涂层材料结合不均匀,将会影响到纤维的导光性能。

  影响光导纤维使用性能的因素很多,光导纤维的集光能力﹑透光性﹑分辨率和对比度是影响光导线传像能力的主要指标。数值孔径用于表示光导纤维集光能力的大小和接收光的多少,而数值孔径的大小直接与光导纤维芯料和涂层的折射率有关,芯料与涂层的折射率相差越大,则集光能力就越强,光导纤维的透光性则与所使用的材料﹑数值孔径及纤维的几何尺寸有关,并随着纤维长度的增加而很快地下降。图像的清晰程度是由分辨率决定的, 而分辨率与光导纤维的直径成反比,因此光导纤维的直径尽可能地细。影响光导纤维对比度的因素主要有纤维的集光能力﹑透光能力﹑分辨能力和涂层的厚度。但涂层厚薄的程度宜适中,涂层厚度太厚会产生光的相互干扰,太薄则会漏光。

  采用光导纤维进行通讯,不仅能节省大量的金属资源,而且使用寿命长,结构紧凑,体积小,性能比电缆好得多,具有容量大﹑抗干扰性好﹑能量衰耗小,传送距离远﹑重量轻﹑绝缘性能好﹑保密性强﹑成本低等特点。就容量而言,是非常惊人的,一根直径只有千分之一的光导纤维,可以同时传递32000对电话。如果采用激光通讯,一条光电缆能同时接通100亿条电话线路和1000万套电视通讯,可供全世界每人2 部电话使用。而且光导纤维通讯的频率范围宽﹑传递的音质好,图像清晰﹑色彩逼真。同时,由于光导纤维通讯的光能频率高,具有极好的抗干扰性,特别是使用激光光源时更为突出,把抗干扰性又提高了一步。光能在光导纤维中屏蔽传导﹑不易泄露﹑不易被截获﹑具有良好地保密性。更不受空间各种频率电磁波的干扰,也不会受到风﹑雨﹑雷﹑电的影响,是真正的全天候式安全通讯技术。

  光导纤维的特性决定了其广阔的应用领域。由光导纤维制成的各种光导线﹑光导杆和光导纤维面板等,广泛地应用在工业﹑国防﹑交通﹑通讯﹑医学和宇航等领域。

  光导纤维最广泛的应用在通信领域,即光导纤维通信。自20世纪60年代以来,由于在光源和光纤方面取得了重大的突破,使光通信获得异常迅速的发展。作为光源的激光方向性强﹑频率高,是进行光通信的理想光源;光波频带宽,与电波通信相比,能提供更多的通信通路,可满足大容量通信系统的要求。因此,光纤通信与卫星通信一并成为通信领域里最活跃的两种通信方式。

  在医学上,光导纤维可以用于食道﹑直肠﹑膀胱﹑子宫﹑胃等深部探查内窥镜(胃镜﹑血管镜等)的光学元件和不必切开皮肉直接插入身体内部,切除癌瘤组织的外科手术激光刀,即由光导纤维将激光传递至手术部位。

  在照明和光能传送方面,利用光导纤维进短距离可以实现一个光源多点照明,光缆照明,可利用塑料光纤光缆传输太阳光作为水下﹑地下照明。由于光导纤维柔软易弯曲变形,可做成任何形状,以及耗电少﹑光质稳定﹑光泽柔和﹑色彩广泛,是未来的最佳灯具,如与太阳能的利用结合起来将成为最经济实用的光源。今后的高层建筑﹑礼堂﹑宾馆﹑医院 ﹑娱乐场所﹑甚至家庭依据都可直接使用光导纤维制成的天花板或墙壁,以及彩织光导纤维字画等,也可用于道路﹑公共设施的路灯﹑广场的照明和商店橱窗的广告。此外,还可用于易燃﹑易爆﹑潮湿和腐蚀性强的环境中不宜架设输电线及电气照明的地方作为安全光源。

  在国防军事上,光导纤维也有广泛的应用,可以用光导纤维来制成纤维光学潜望镜,装备在潜艇﹑坦克和飞机上, 用于侦察复杂地形或深层屏蔽的敌情。

  在工业方面,可传输激光进行机械加工;制成各种传感器用于测量压力﹑温度﹑流量﹑位移﹑光泽﹑颜色﹑产品缺陷等;也可用于工厂自动化﹑办公自动化﹑机器内及机器间的信号传送﹑光电开关﹑光敏元件等。

  此外,还可用于火车站﹑机场﹑广场﹑证券交易场所等大型显示屏幕;短距离通讯和数据传输;将光电池纤维布与光导纤维布巧妙地结合在一起制成夜间放光的夜行衣,不仅为夜行人起照明作用,还可提高司机的观察视距,能够有效地减少交通事故的发生。

  光导纤维也存在一些不足之处:一是耐热性能差,一般只能在80℃以下长期使用,只有少数产品可在135℃以上的温度中工作;二是耐溶剂﹑耐老化性能差,化学试剂﹑氧﹑光﹑高能辐射等会引起分子主链断裂。

  光导纤维必将在通讯﹑国防﹑医疗﹑照明及各种技术传导的现有基础上出现新的突破,更广泛的普及应用于各个领域。




扩展资料

生物陶瓷材料与仿生复合材料

  仿生材料或生物材料与工业材料的最大区别是在生理环境下使用。移植在生物体内的仿生材料,除了能达到补钙的目的以外,对周围组织和血液不应该有不良的影响,即应具有生物相容性。另外,植入人体的仿生材料,应有足够的力学性能,不能发生脆性破裂、疲劳断裂及腐蚀破坏等,即应具有力学相容性。

  仿生材料的性能

  相容性

  通常,仿生材料植入人体后,都是在非常严重的腐蚀环境中使用。例如,牙科材料是在与口腔内粘膜、唾液、硬组织牙齿以及大气接触状态下使用。而整形外科材料,则与软硬组织(如筋、骨骼、肌腱)等接触,并处在血液、间质液、淋巴液、关节润滑液等液体浸蚀状态下使用。因此,仿生材料应具备的生物学条件是:一是无毒无过敏反应,具有化学稳定性;二是具有良好的耐腐蚀性;三是没有致癌性和抗原性;四是不会引起血液凝固和溶血;五是不会引起异常的新陈代谢;六是不会在生物体内变质,产生吸附物和沉淀物。

  力学性能

  仿生材料的最终使用形式是制成人体内可接受的器官或器件。因此仿生材料必须与人体结构(包括器官)的力学性能相容。为此,仿生材料应具备以下力学性能:一是有一定的静载强度(包括抗拉、压缩、弯曲和剪切强度);二是有适当的弹性模量和硬度;三是具有耐疲劳和耐磨性;四是具有良好的润滑性。其中,解决摩擦磨损是人工关节材料的关键。

  生物陶瓷

  生物陶瓷的种类很多,从外观和形状上看可以是粉末、涂层和块体。从物相结构看可以是单晶、多晶、玻璃或复合材料,它们在修复人体器官时所发挥的功能也不尽相同。

  生物陶瓷类型及物相的选择取决于临床应用对其性质和功能的要求。如粉末状的可用于骨缺损的填充,涂层可改善种植体与组织间的界面物性。蓝宝石单晶因为强度高曾用做牙根种植,而A/W玻璃陶瓷因其可以与骨键合且具有较高的强度,可以用于脊椎骨替换。惰性陶瓷材料主要是氧化铝合生物碳。其中,氧化铝髋关节早在上世纪七十年代就已经用于临床。今年来氧化锆增韧的氧化物陶瓷由于其高强度而逐渐受到重视。

  以磷酸盐为基的生物活性陶瓷是目前生物陶瓷研究中最活跃的领域。




扩展资料

透明陶瓷

  一般陶瓷是不透明的,但是光学陶瓷像玻璃一样透明,故称透明陶瓷。一般陶瓷不透明的原因是其内部存在有杂质和气孔,前者能吸收光,后者令光产生散射,所以就不透明了。因此如果选用高纯原料,并通过工艺手段排除气孔就可能获得透明陶瓷。早期就是采用这样的办法得到透明的氧化铝陶瓷,后来陆续研究出如烧结白刚玉、氧化镁、氧化铍、氧化钇、氧化钇-二氧化锆等多种氧化物系列透明陶瓷。近期又研制出非氧化物透明陶瓷,如砷化镓、硫化锌、硒化锌、氟化镁、氟化钙等。

  这些透明陶瓷不仅有优异的光学性能,而且耐高温,一般它们的熔点都在2000℃以上。如氧化钍-氧化钇透明陶瓷的熔点高达3100℃,比普通硼酸盐玻璃高1500℃。透明陶瓷的重要用途是制造高压钠灯,它的发光效率比高压汞灯提高一倍,使用寿命达2万小时,是使用寿命最长的高效电光源。高压钠灯的工作稳定高达1200℃,压力大、腐蚀性强,选用氧化铝透明陶瓷为材料成功地制造出高压钠灯。透明陶瓷的透明度、强度、硬度都高于普通玻璃,它们耐磨损、耐划伤,用透明陶瓷可以制造防弹汽车的窗、坦克的观察窗、轰炸机的轰炸瞄准器和高级防护眼镜等。

  透明陶瓷的制造是有意识地在玻璃原料中加入一些微量的金属或者化合物(如金、银、铜、铂、二氧化钛等)作为结晶的核心,在玻璃熔炼、成型之后,再用短波射线(如紫外线、X射线等)进行照射,或者进行热处理,使玻璃中的结晶核心活跃起来,彼此聚结在一起,发育成长,形成许多微小的结晶 ,这样,就制造出了玻璃陶瓷。用短波射线照射产生结晶的玻璃陶瓷,称为光敏型玻璃陶瓷,用热处理办法产生结晶的玻璃陶瓷,称为热敏型玻璃陶瓷。

  透明陶瓷的机械强度和硬度都很高,能耐受很高的温度,即使在一千度的高温下也不会软化、变形、析晶。电绝缘性能、化学稳定性都很高。光敏型玻璃陶瓷还有一个很有趣的性能,就是它能象照相底片一样感光,由于这种透明陶瓷有这样的感光性能,故又称它为感光玻璃。并且它的抗化学腐蚀的性能也很好,可经受放射性物质的强烈辐射。它不但可以象玻璃那样透过光线,而且还可以透过波长10微米以上的红外线,因此,可用来制造立体工业电视的观察镜,防核爆炸闪光危害的眼镜,新型光源高压钠灯的放电管。

  透明陶瓷的用途十分广泛,在机械工业上可以用来制造车床上的高速切削刀,汽轮机叶片,水泵,喷气发动机的零件等,在化学工业上可以用作高温耐腐蚀材料以代替不锈钢等,在国防军事上,透明陶瓷又是一种很好的透明防弹材料,还可以做成导弹等飞行器头部的雷达天线罩和红外线整流罩等;在仪表工业上可用作高硬度材料以代替宝石,在电子工业上可以用来制造印刷线路的基板和镂板,在日用生活中可以用来制作各种器皿,瓶罐,餐具等等。

  总之,透明陶瓷几乎在许多现代科学技术领域和日常生活中都有用武之地,其品种之多,本领之高,用途之广泛,真不愧为陶瓷工业中的一颗透明莹亮的明珠。



关于本站 | 免责声明 | 业务合作 | 广告联系 | 留言建议 | 联系方式 | 网站导航 | 管理登录
闽ICP备05030710号