Создание материалов с заданными свойствами

Создание материалов с заданными свойствами

Семинар по теме «Молекулярно-кинетическая теория» с использованием метода проектов и ИКТ

(план урока)

Учитель Дронова Л.П. –МБОУ СОШ №15 ст. Лысогорская, Ставропольский край

Цели урока

• Повторить и обобщить учебный материал о строении и свойствах твёрдых тел.
• Совершенствовать и расширить представления о том, как изменения во внутреннем строении кристаллов влекут, в том числе, прогнозируемые изменения их свойств.
• Продолжить формировать и совершенствовать навыки учебной деятельности (классификация, обобщение, выделение существенных признаков и закономерностей).
• в ходе работы соблюдать правила дискуссии, уважать мнения оппонентов и адекватно реагировать на критику.

• Какие удивительные материалы с заданными свойствами созданы людьми и как в них «работают» физические законы?

Работа группы теоретиков

• Цель работы: Обобщить и расширить знания об управлении прочностью с помощью дефектов в кристаллах

Работа группы строителей

• Цель работы: Обобщить и расширить знания о влиянии а)формы сооружения на его прочность; б)свойств бетона от его назначения.
• Выводы: 1.Конус- устойчивая к ветровым и гравитационным нагрузкам форма сооружений; 2.Внедрение в бетоны искусственных волокон повышают его сопротивление растяжению, динамическим, тепловым и другим видам воздействия и делают его прозрачным.

Работа химиков.

• Цель: Изучить механизм возникновения промежуточного между твёрдым и жидким состояния у некоторых веществ, получившего название жидкокристаллического; его свойства и применение
• Вывод: Под действием температуры, давления, электромагнитного поля меняется расположение молекул жидкого кристалла, что ведёт к изменению его оптических свойств.

План работы

• Рассказ об истории открытия жидких кристаллов :

• Почему они так называются? Нематические и смектические жидкие кристаллы; Анизотропия – основное свойство жидких кристаллов Применение жидкокристаллических веществ Работа с терминами Выводы и закрепление
• Почему они так называются?
• Нематические и смектические жидкие кристаллы;
• Анизотропия – основное свойство жидких кристаллов
• Применение жидкокристаллических веществ
• Работа с терминами
• Выводы и закрепление

• Цель: 1.Изучить механизм мартенситного превращения интерметаллидов, которое проявляется как «память» первоначальной формы; 2. Применение Ni - Ti в стоматологии, космической отрасли;
• Вывод: Причина мартенситного превращения -перестройка кристаллической решетки в микрообласти путем упорядоченного перемещения атомов кристалла

План работы

1. Рассказ об истории открытия мартенситов, обладающих «памятью» формы:

-Почему они так называются?

-Молекулярные процессы, объясняющие мартенситные превращения интерметаллидов

-Применение материалов с «памятью» формы

-Работа с терминами

-Выводы и закрепление

• -Почему они так называются? -Молекулярные процессы, объясняющие мартенситные превращения интерметаллидов -Применение материалов с «памятью» формы -Работа с терминами -Выводы и закрепление

• .
• .

• Цель: 1.Изучить механизм создания и свойства биополимеров;

2. Изучить механизм биопечати, проблемы её массового применения;

• Вывод:1.Биополимеры – материал будущего; обладают уникальными свойствами, экономичностью; 2.биопечать внутренних органов человека позволит решить донорских органов и трансплантологии.

План работы

• Рассказ об аддитивной технологии трёхмерной биопечати
• Рассказ о необычных свойствах биополимеров:

-Т -1000 – «самозаживляющийся» пластик

- оксид ванадия – материал для искуственных мышц, в 1000 раз эффективнее человеческих

-пластик, заменяющий металлы и п/ проводники

-Работа а с терминами

• Закрепление и выводы

Выступление о производстве будущего

• Цель: 1.познакомиться с тенденциями развития производства будущего;

2. познакомиться с экспонатами промышленной выставки EuroMold, состоявшейся в Франкфурте на Майне в ноябре 2013г.

• Вывод: Производство будущего- аддитивное производство, ведущее к полной автоматизации производства, кардинальному сокращению рабочих мест.

• Свойства твёрдых тел, в том числе, и самые удивительные объясняются особенностями внутреннего строения этих тел;
• Управление механическими свойствами материалов, создание материалов с заданными свойствами происходит с помощью процессов, происходящих в кристаллической решётке, перемещением ионов, атомов или дефектов внутри кристаллической решётки

Обобщение материала

• С целью ответа на проблемный вопрос (Каким способом можно управлять механическими свойствами твёрдых тел и создавать материалы с прогнозируемыми свойствами?) выполните следующие задания (при этом можно использовать иллюстрации, наглядные пособия, лежащие у вас на столе и электронные учебные пособия, например, «Открытая физика»:

• Составьте сравнительную схему различных дефектов в кристаллах (группа теоретиков) Проиллюстрируйте выводы, полученные вашей группой (группа строителей) Составьте схему, объясняющую суть эффекта памяти (группа металлургов) Сравните группы ЖК материалов в зависимости от расположения атомов в кристаллической решётке (группа химиков) Проиллюстрируйте выводы, полученные вашей группой (группа биологов)
• Составьте сравнительную схему различных дефектов в кристаллах (группа теоретиков)
• Проиллюстрируйте выводы, полученные вашей группой (группа строителей)
• Составьте схему, объясняющую суть эффекта памяти (группа металлургов)
• Сравните группы ЖК материалов в зависимости от расположения атомов в кристаллической решётке (группа химиков)
• Проиллюстрируйте выводы, полученные вашей группой (группа биологов)

Влияние дефектов внутри кристаллов на их механические свойства

Виды дефектов

Линейные дефекты(дислокации)

Точечные дефекты

Специальное внедрение примесей, препятствующих перемещению дефекта (легирование)

Удаление дефекта(отжиг, прокатка )

Способы увеличения прочности кристаллов

В природе функция и форма тесно сближены и взаимно обусловлены

Одной из опорных форм в природе является конус .

Останкинская телебашня: высота - 540м,основная часть - из железобетона

В.Шухов Водонапорная башня, Нижний Новгород 1896г.

2.Внедрение в бетоны искусственных волокон повышают его сопротивление растяжению, динамическим, тепловым и другим видам воздействия и делают его прозрачным

Суть эффекта «памяти» формы

1 В исходном состоянии в материале есть определенная структура . На рисунке она обозначена правильными квадратами .

2.При деформации (в данном случае изгибе ) внешние слои материала вытягиваются, а внутренние сжимаются (средние остаются без изменения). Эти вытянутые структуры — мартенситные пластины. Что не является необычным для металлических сплавов. Необычным является то, что в материалах с памятью формы мартенсит термоупругий (см. след. пункт )

3 При нагревании внутри образца возникают напряжения, стремящиеся внешние слои сжать, внутренние -растянуть т.е. вернуть первоначальную форму.

• Материал в целом проводит автодеформацию в обратную сторону и восстанавливает свою исходную структуру, а вместе с ней и форму.

Жидкие кристаллы

Жидкие кристаллы обладают двойственными свойствами , сочетая в себе свойство жидкостей (текучесть ) и свойство кристаллических тел (анизотропию).

Основные типы расположения стержне-образных (а-в ) и дискообразных (г) молекул в жидких кристаллах: а - смектическая фаза

б - нематическая

в - холестерическая

г - дискотическая ( n- директор).

Биополимеры и 3 D биопечать

Оксид ванадия-основа для искусственных мышц(в 1000раз эффективнее мышц человека

Биопринтеры создают живую ткань, нанося живые клетки послойно – аддитивно.

Подведение итогов урока

• После представлений своих схем, выполненных на уроке обсуждаем проблемный вопрос (Как работают законы физики в уникальных материалах, созданных человеком?)
• Проанализируйте свою работу на уроке: что у вас получилось, а что нет.
• Цели урока
• Какие вопросы вызвали у вас затруднения?
• Оцените свою работу на уроке.
• Что бы могли посоветовать учителю, своим младшим друзьям, которым еще придется изучать данные вопросы?