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輔導老師
開題報告
研究性課題——化學與新材料
研究單位：鄭州外國語學校高一14班馬適怡
結題報告
摘要：本文的目的是**化學領域中的新材料的性質及相關應用。主要從以下幾個方面**。
1無機非金屬材料在化工、國防領域的突出貢獻。
2化學與生物技術日益密切的聯絡。
3化學新材料在航天領域的廣闊前景。
4展望未來：21世紀的化學新材料——讓人類生活地更美好。
前言：材料的發現、發展和作用是人類文明的標誌，從遠古的石器時代、青銅器時代到近代的鐵器時代，新材料在人類文明程序中都扮演了重要的角色，特別是近代科學的誕生，大大促進了材料科學與技術的發展，現代化的建設，一靠材料，二靠能源，三靠資訊。而能源又離不開材料，不僅是能源本身需要材料，而且能源的利用也需要材料。
方法：上網查詢有關資料，請教相關人士，與同學進行討論，平時留心報紙、雜誌上的內容。
得出以下四個方面的結果：
一 、 無機非金屬材料在化工、國防領域的突出貢獻。
矽材料就是這樣一種至關重要的材料。
原先的矽材料指的是磚瓦、日用陶瓷、窗玻璃、建築水泥等傳統的矽酸鹽材料。可是到了今天的矽酸鹽，其含義已發展成為廣義的矽酸鹽，包括了單一元素的無機非金屬材料，也包括了無機化合物材料，又包括了無機鹽類材料，以及復合鹽類材料，如鋯、鈦酸鹽、鈮鉭酸鹽等。它們的組成,結構與效能諸方面，特別是在用途方面，與傳統的矽酸鹽材料大不相同，成為新型矽酸鹽材料。
為了便於區別，新型矽酸鹽材料又稱無機材料。
矽酸鹽材料的應用行業涵蓋了礦物、化工、食品醫藥、輕工、農業、新材料建築、冶金等，涉及粉體顆粒加工裝置、過濾分離、乾燥、運輸系統、測試計量儀器等。在我們的日常生活中，經常接觸到一些矽酸材料，陶瓷就是其中之一。
緊接著我們把目光拉向不容忽視的新生軍——碳奈米材料。碳奈米管的效能優於當前的任何纖維，它既具有碳纖維的固有性質，又具有金屬材料的導電導熱性，陶瓷材料的耐熱耐蝕性，紡織纖維的柔軟可編性，以及高分子材料的輕度易加工性，是一種一材多能和一材多用的功能材料和結構材料，與高分子材料復合時，會形成完整的結合介面，得到效能優異的複合材料，表現出極好的強度、彈性、抗疲勞性、抗靜電性、吸收微波性等優異效能。碳奈米管複合材料的優異效能可使其廣泛應用於塑料、電磁遮蔽材料、合成纖維等諸多行業。
基於碳奈米管的優良力學效能可以將其作為結構複合材料的增強劑。初步研究表明，環氧樹脂和碳奈米管之間可以形成數百兆帕的介面強度。也可作為金屬的增強材料來提高金屬的強度、硬度、耐摩擦、磨損效能以及熱穩定性等。
在適當的淬火工藝下，碳奈米管複合材料的硬度可達到hrc65，比相同工藝下的普通鐵碳合金的硬度高出5~10hrc。
在高分子材料中只要加入少量的碳奈米管，其電阻將會降低3個數量級以上，使其具有抗靜電功能。因而，碳奈米管可用於靜電消除材料。碳奈米管用於電子裝置外殼可消除外部靜電對裝置的干擾，保證電子裝置正常工作。
將碳奈米管均勻地擴散到塑料中，可獲得強度更高並具有導電性能的塑料，可用於靜電噴塗材料。且碳奈米管有較大的長徑比，在塑料熔體中有相互纏結成三維網路結構的趨勢，用量在質量分數約2%時，塑料具有良好的導電性，因而不會影響塑料的模塑性、強度和表面光潔度及其它效能。目前高檔汽車的塑料零件由於採用了這種材料取代原用的工程塑料，簡化了製造工藝，降低了成本，並獲得形狀更複雜、強度更高、表面更美觀的塑料零部件。
碳奈米管具有較強的寬頻微波吸收效能、重量輕、導電性可調製、高溫抗氧化效能強和穩定性好等優點，因而它是一種有前途的理想微波吸收劑，可用於**材料、電磁遮蔽材料或暗室吸波材料。由於碳奈米管的奈米微粒尺寸遠小於紅外及雷達波波長，所以奈米微粒材料對這種波的透過率比常規材料要強得多，大大減少了波的反射率，使得紅外探測器和雷達接收到的反射訊號變得很微弱，從而達到隱身的作用。另外，奈米微粒材料的比表面積比常規粗粉大3-4個數量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規材料大得多，這就使得紅外探測器及雷達得到的反射訊號強度大大降低，因此很難發現被探測目標，起到了隱身作用，可用於**飛機等電子**裝備。
另外，碳奈米管經化學修飾後與聚合物共混紡制的奈米管復合纖維不僅具有導電性和抗靜電性，而且其強度和模量遠高於現有的合成纖維，可應用於刀槍不入的防彈背心和裝甲。
二 、 化學與生物技術日益密切的聯絡
現在還有一種新型陶瓷叫生物陶瓷.它是指與生物體或生物化學有關的一類陶瓷。它包括精細陶瓷、多孔陶瓷、某些玻璃和單晶。
根據使用情況，生物陶瓷可分為與生物體相關的植入陶瓷和生物化學相關的生物工藝學陶瓷。前者植入體內以恢復和增強生物體的機能，是直接和生物體接觸使用的生物陶瓷。後者用於固定酶、分離細菌和病毒以及作為生物化學反應的催化劑，是使用時不直接與生物體接觸的生物陶瓷。
植入陶瓷又稱生物體陶瓷，主要有人造牙、人造骨、人造心臟瓣膜、人造血管和穿皮接頭等。
植入陶瓷必須具有以下特徵：一要與生物體的親和性好，即植入的陶瓷被侵蝕分解的產物無毒，不使生物細胞發生變異壞死，不會引起炎症生長肉芽等；二要在體內有長期功能，且可靠性高，即在10~20年的長期使用中,不會降低強度,不發生表面變質,對生物體無致癌作用等；三要易於在短期內成形加工；四要容易滅菌。陶瓷不同於金屬，它具有強共價鍵性質，即使在生物體內苛刻的化學條件下，也具有良好的化學穩定性，排異反應遲緩，具備長期使用的機械性質。
與有機高分子材料相比，生物體陶瓷耐熱性好，便於進行高壓滅菌。
生物工藝學陶瓷主要應用的有多孔玻璃和多孔陶瓷。多孔玻璃用作固定酶的載體；多孔陶瓷可用於細菌、病毒、各種核酸、氨基酸等的分離和提純，還可用於處理生活用水。
總之，隨著人類社會和科學技術的發展，新型的無機材料將會有更為廣泛的用途，也會有更多的品種有待被我們開發。
三、 化學新材料在航天領域的廣闊前景
推進劑是能使推進裝置產生推動力的物質。常用的推進劑有化學推進劑 ,核能推進劑 ,電能推進劑和太陽能推進劑。它們分別利用化學能 ,核能 ,電能或太陽能加熱、加速工質液體,使其高速排出 ,產生使飛行器上天的推動力。
化學推進劑是為火箭發動機提供能源和工質的化學製劑 ,通常含可燃物和氧化劑。可燃物在發動機燃燒室內燃燒 ,放出化學能。燃燒後產生的高溫、高壓氣體通過噴管噴出 ,產生反作用力推動飛行器上天。
化學推進劑分成液體推進劑、固體推進劑、混合推進劑、膠體推進劑。例如:煤油 /液 o 、液 h /液 o 、偏二甲肼 /四氧化二氮為液體推進劑。
聚硫橡膠 /高氯酸銨、端羧基聚丁二烯 /高氯酸銨 /鋁粉為固體推進劑。
目前 ,國內外火箭、飛彈都以固體或液體化學推進劑為動力 ,但它們各有優缺點。固體推進劑無需貯箱和輸送系統 ,燃料和氧化劑混合後貯放在燃燒室內 ,點火即燃 ,一次用完。液體推進劑分別放在氧化劑箱和燃料箱內 ,工作時由輸送系統送入燃燒室 ，輸送速度可調節。
固體推進劑密度大 ,易貯存和運輸 ,使用維護方便 ,但固體推進劑比衝比衝是單位質量 1000g 推進燃燒所產生的衝量 ,是火箭發動機的推力與推進劑單位時間質量消耗量之比。衝量是發動機推力對工作時間的積分值 ,因此發動機衝量決定於推力大小和工作時間的長短 ,是綜合評定火箭發動機效能的重要引數之一。它直接影響飛彈或火箭的有效載荷和飛行距離低 ,且不能調節燃速 ,不能多次啟用。
液體推進劑比衝高 ,能在飛彈飛行過程中調節推力 ,能多次啟用 ,但液體推進劑密度小 ,易燃 ,易爆 ,有毒 ,安全性低。摻加膠凝劑的膠體推進劑則兼具液體推進劑和固體推進劑的優點 ,又克服了它們的缺點 ,是一類值得推薦的、未來太空飛行器所用的優良推進劑。
因此，我們不妨大膽地想象一下這種膠體推進劑的原理及其優越特殊的效能：
膠體推進劑是直徑為 10 ～10 m的膠體粒子或大分子分散在液體推進劑中所形成的特殊分散體系。在液體可燃物或氧化物中摻加膠凝劑可製成各種膠體推進劑。把氣態甲烷、乙烷等烷烴與氮氣混合,通入液氫中,烷烴凝成固體 ,分散在液氫中形成膠氫 。
把鋁粉、碳粉或二氧化矽粉等摻入液體和固體火箭液氫可製得金屬化膠氫。
膠體推進劑是熱力學不穩定的多分散體系 ,長期貯存易分層。選擇合適的膠凝劑 ,按一定比例加入所製得的膠體推進劑具有觸變性。
四、化學新材料使生活更美好
10月24～31日在德國杜塞道夫舉行的第17屆國際橡塑商品展（k展）上，拜耳材料科技公司以「實現願景―今日和明朝」的口號亮相。占地面積超過1000平公尺的展位上，展示了該公司多項創新研發成果，以聚氨酯、聚碳酸酯、熱塑性聚氨酯、塗料、黏合劑和密封劑為原料製成的120多件展品令觀眾目不暇接，使人不由得感嘆：不斷湧現的化學新材料正使生活變得更美好。
在蘭色光調的「今日館」，各種新產品使參觀者大飽眼福。
◆ 最大的聚碳酸酯汽車部件
****artfortwo的車頂模件，表面積為1.2平方公尺。隨著油價的不斷**，以及環境保護意識的提高，
汽車製造商需要構造輕巧、功能性強且易於設計的汽車車身部件。拜耳的這款高品質車頂模件的外表面，由透明聚碳酸酯模轉殖製成。較之使用鋼板和玻璃材料的同類設計，重量可降低40%左右。
對已成為汽車製造第三大國的中國來說，車頂模組和其它透明部件採用聚碳酸酯的設計，具有廣闊的應用前景。
◆ 用於高速鐵路的聚氨酯泡沫材料軌道系統
它由德國frenzel-bau集團研製，由拜耳材料科技與亨內基股份公司合作開發而成，被稱為未來鐵路軌道建設革命性的變化。這一創新系統完全填實了碎石道渣間的縫隙，避免了鐵路車輛產生的動力所造成的常見碎石道渣移位現象，也避免了因道渣移位產生的鐵軌磨損，鐵路附近的居民可免受車輪滾動所產生的噪音侵擾。介紹者說，這種鐵軌系統具有非凡的降噪效能和較長的使用壽命，中國未來開建的多條高速鐵路，可以採納這一系統。
◆ 來自可再生資源的聚氨酯原材料
拜耳材料科技已開發並大規模生產用於硬質和黏彈性體聚氨酯泡沫材料的可再生原材料，這些可再生材料的含量，已超過產品總重量的70%。拜耳材料科技用植物油開發了多元醇產品，並具有良好的特性，使用這些產品配製而成的泡沫材料，具有與傳統產品相當甚至更好的效能。記者看到，展示的獲a+級能源效率的海爾高階電冰箱、仿森林地毯等家用產品，都應用了由拜耳開發的新型含有多元醇成分的冷固化泡沫塑料。
研究性課題 化學篇
一 環境保護 1 居室汙染 2 食品汙染 3 綠色消費4 黃河斷流 5 綠色文明 6 氟利昂問題 7 二噁英汙染 8 臭氧層破壞 9 環境與健康10 汽車與環境 11 無汙染汽車 12 綠島的保護 13 太湖零點行動 14 電磁輻射汙染 15 創造綠色電能 16 酸雨與人體健康 17 蘇州河綜合整治...
研究性課題小結
首先，我們把自己置身於參與者的位置，服務者的地位。熱情鼓勵每個學生，實實在在營造出平等 尊重 和諧的學習氣氛，努力創設讓作為主體的學生親自去思考 去發現 去創新的氛圍，使學生在課上想說 敢說 愛說 樂說，積極參與課堂教學活動，真正成為學習的主人。其次，我們尊重學生的個性選擇，滿足學生的好奇心 求知慾...
研究性學習課題研究方法
綜合實踐活動課程 一 課程內容 研究性學習 15個學分 社群服務 2個學分 社會實踐 6個學分 二 課程特點 1 整體性 綜合性 2 多元性 靈活性 3 自主性 性 合作性 4 實踐性 開放性 生成性 三 課程目標 1 培養求異思維，創新精神和實踐能力。2 學以致用 3 培養事實求是的科學態度和科學...