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（一） 走近细胞

一、 比较原核与真核细胞（多样性）

原核细胞 真核细胞

细胞 较小（1—10um） 较大（10--100 um）

细胞核 无成形的细胞核，核物质集中在核区。无核膜，无核仁。DNA不和蛋白质结合 有成形的真正的细胞核。有核膜，有核仁。DNA不和蛋白质结合成染色体

细胞质 除核糖体外，无其他细胞器 有各种细胞器

细胞壁 有。但成分和真核不同，主要是肽聚糖 植物细胞、真菌细胞有，动物细胞无

代表 放线菌、细菌、蓝藻、支原体 真菌、植物、动物

二、生命系统的层次性

植：营养、保护、机械、输导 植：根、茎、叶

细胞 组织 分泌 器官 花、果、种

动：上皮、结缔、肌肉、神经 动：心、肝……

运动、循环

消化、呼吸 病毒

系统（动） 个体 单细胞 种群 群落

泌尿、生殖 多细胞

神经、内分泌

非生物因素 Ⅰ号

生态系统 生产者 生物圈

生物因素 消费者 Ⅱ号

分解者

三、细胞学说内容（统一性）

○从人体的解剖和观察入手：维萨里、比夏

○显微镜下的重要发明：虎克、列文虎克

○理论思维和科学实验的结合：施来登、施旺

1． 细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成。

2． 细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。

3． 新细胞可以从老细胞中产生。

○在修正中前进：细胞通过分裂产生新的细胞。

注：现代生物学的三大基石

1.1838—1839年 细胞学说 2．1859年 达尔文 进化论 3.1866年 孟德尔 遗传学

四、结论

除病毒以外，细胞是生物体结构和功能的基本单位，也是地球上最基本的生命系统。

（二）组成细胞的分子

基本：C、H、O、N （90％）

大量：C、H、O、N、P、S、（97％）K、Ca、Mg

元素 微量：Fe、Mo、Zn、Cu、B、Mo等

（20种） 最基本：C，占干重的48.4%,生物大分子以碳链为骨架

物质 说明生物界与非生物界的统一性和差异性。

基础 水：主要组成成分；一切生命活动离不开水

无机物 无机盐：对维持生物体的生命活动有重要作用

化合物 蛋白质：生命活动（或性状）的主要承担者／体现者

核酸：携带遗传信息

有机物 糖类：主要的能源物质

脂质：主要的储能物质

一、蛋白质 （占鲜重7－10％，干重50％）

结构 元素组成 C、H、O、N，有的还有P、S、Fe、Zn、Cu、B、Mn、I等

单体 氨基酸 （约20种，必需8种，非必需12种）

化学结构 由多个氨基酸分子脱水缩合而成，含有多个肽键的化合物，叫多肽。

（二） 多肽呈链状结构，叫肽链。一个蛋白质分子含有一条或几条肽链。

高级结构 多肽链形成不同的空间结构，分二、三、四级。

结构特点 由于组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列次序不同，于是肽链的空间结构千差万别，因此蛋白质分子的结构是极其多样的。

功能 ○蛋白质的结构多样性决定了它的特异性/功能多样性。

1． 构成细胞和生物体的重要物质：如细胞膜、染色体、肌肉中的蛋白质；

2． 有些蛋白质有催化作用：如各种酶；

3． 有些蛋白质有运输作用：如血红蛋白、载体蛋白；

4． 有些蛋白质有调节作用：如胰岛素、生长激素等；

5． 有些蛋白质有免疫作用：如抗体。

备注 ○连接两个氨基酸分子的键（—NH—CO—）叫肽键。

○各种蛋白质在结构上所具有的共同特点（通式）：

1． 每种氨基酸至少都含有一个氨基和一个羧基连同一碳原子上；

2． 各种氨基酸的区别在于R基的不同。

○ 变性（熟鸡蛋）＆盐析＆凝固（豆腐）

计算 ○由N个aa形成的一条肽链围成环状蛋白质时，产生水／肽键 N 个；

○N个aa形成一条肽链时，产生水／肽键 N－1 个；

○N个aa形成M条肽链时，产生水／肽键 N－M 个；

○N个aa形成M条肽链时，每个aa的平均分子量为α，那么由此形成的蛋白质

的分子量为 N×α－（N－M）×18 ；

二、核酸

一切生物的遗传物质，是遗传信息的载体，是生命活动的控制者。

元素组成 C、H、O、N、P等

分类 脱氧核糖核酸（DNA双链） 核糖核酸（RNA单链）

单体

成分 磷酸 H3PO4

五碳糖 脱氧核糖 核糖

含氮

碱基 A、G、C、T A、G、C、U

功能 主要的遗传物质，编码、复制遗

传信息，并决定蛋白质的合成 将遗传信息从DNA传递给

蛋白质。

存在 主要存在于细胞核，少量在线粒

体和叶绿体中。甲基绿 主要存在于细胞质中。吡罗红

△ 每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架，由许多单体连接成多聚体。

三、糖类和脂质

元素 类别 存在 生理功能

糖类 C、H、O 单糖 核糖C5H10O5 主细胞质 核糖核酸的组成成分；

脱氧核糖C4H10O5 主细胞核 脱氧核糖核酸的组成成分；

六碳糖：葡萄糖

C6H12O6、果糖等 主细胞质 是生物体进行生命活动的重要能源物质（70％以上）；

二糖

C12H22O11 麦芽糖、蔗糖 植物

乳糖 动物

多糖 淀粉、纤维素 植物 （细胞壁的组成成分），

重要的储存能量的物质；

糖原（肝、肌） 动物

脂质 C、H、O

有的 还有N、P 脂肪 动、植物 储存能量、维持体温恒定；

类脂/磷脂 脑、豆 构成生物膜的重要成分；

固醇 胆固醇 动物 动物的重要成分；

性激素 促性器官发育和第二性征；

维生素D 促进钙、磷的吸收和利用；

△ 组成生物体的任何一种化合物都不能够单独地完成某一种生命活动，而只有按照一定的方式有机地组织起来，才能表现出细胞和生物体的生命现象。细胞就是这些物质最基本的结构形式。

四、鉴别实验

试剂 成分 实验现象 常用材料

蛋白质 双缩脲 A: 0.1g/mL NaOH 紫色 大豆

鸡蛋

B: 0.01g/mL CuSO4

脂肪 苏丹Ⅲ 橘** 花生

还原糖 班氏（加热） 砖红色沉淀 苹果、梨、白萝卜

淀粉 碘液 I2 蓝色 马铃薯

○具有还原性的糖：葡萄糖、麦芽糖、果糖

五、无机物

存在方式 生理作用

水

结合水4.5%

自由水95% 部分水和细胞中

其他物质结合。 细胞结构的组成成分。

绝大部分的水以

游离形式存在，可以自由流动。 1．细胞内的良好溶剂；

2．参与细胞内许多生物化学反应；

3．水是细胞生活的液态环境；

4．水的流动，把营养物质运送到细胞，并把废物运送到排泄器官或直接排出；

无机盐 多数以离子状态存，如K+、

Ca2+、Mg2+、Cl--、PO2+等 1．细胞内某些复杂化合物的重要组成部分，如Fe2+是血红蛋白的主要成分；

2．持生物体的生命活动，细胞的形态和功能；

3．维持细胞的渗透压和酸碱平衡；

六、小结

化合 有机组合 分化

化学元素 化合物 原生质 细胞

○原生质 1．泛指细胞内的全部生命物质，但并不包括细胞内的所有物质，如细胞壁；

2．包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分；其主要成分为核酸、蛋白质（和脂类）；

3．动物细胞可以看作一团原生质。

○细胞质 ： 指细胞中细胞膜以内、细胞核以外的全部原生质。

○原生质层：成熟的植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，为一层半透膜。

(三)细胞的基本结构

细胞壁（植物特有）： 纤维素+果胶，支持和保护作用

成分：脂质（主磷脂）50%、蛋白质约40%、糖类2%-10%

细胞膜

作用：隔开细胞和环境；控制物质进出；细胞间信息交流；

真核 基质： 有水、无机盐、脂质、糖类、氨基酸、核苷酸和多种酶等

细胞 细胞质 是活细胞进行新陈代谢的主要场所。

分工：线、内、高、核、溶、中、叶、液、

细胞器

协调配合：分泌蛋白的合成与分泌；生物膜系统

核膜：双层膜，分开核内物质和细胞质

核孔：实现核质之间频繁的物质交流和信息交流

细胞核 核仁：与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关

染色质：由DNA和蛋白质组成，DNA是遗传信息的载体

一、 细胞器 差速离心：美国 克劳德

线粒体 叶绿体 高尔基体 内质网 液泡 核糖体 中心体

分布 动植物 植物 动植物 动植物 植物和某

些原生动物 动植物 动物

低等植物

形态 椭球形、棒形 扁平的球形或椭球形 大小囊泡、扁平囊 网状 椭球形粒状小体

结构 双层膜，有少量DNA 单层膜，形成囊泡状和管状，内有腔 没有膜结构

嵴（TP酶复合体）、基粒、基质 基粒（类体）、基质（片层结构）、酶 外连细胞膜，内连核膜 液泡膜、细胞液 蛋白质、RNA、和酶 两个互相垂直的中心粒

功能 有氧呼吸的主场所 进行光合作用的场所 细胞分泌，

成细胞壁 提供合成、运输条件 贮存物质，调节内环境 蛋白质合成的场所 与有丝分裂有关

备注 在核仁

形成

△ 细胞器是指在细胞质中具有一定形态结构和执行一定生理功能的结构单位，

三、协调配合 分泌蛋白 放射性同位素示踪法：罗马尼亚 帕拉德

有机物、O2

叶绿体 线粒体

能量、CO2

基因调控 初步合成 加工 修饰

细胞核 核糖体 内质网 高尔基体 细胞膜 胞外

氨基酸 肽链 一定空间结构

○生物膜系统：细胞器膜 + 细胞膜 + 核膜等形成的结构体系

四、细胞核 = 核膜（双层） + 核仁 + 染色质 + 核液

美西螈实验、蝾螈横缢实验、变形虫实验、伞藻嫁接与移植实验

细胞核是遗传信息储存和复制的场所，是代谢活动和遗传特性的控制中心。

○ 染色质和染色体是同一物质在细胞周期不同阶段相互转变的形态结构。

DNA 螺旋

○ + = 核小体（串珠结构） 染色质 30nm纤维

组蛋白 非组蛋白

螺旋化

0.4um超螺旋管（圆筒形） 2－10um染色单体（圆柱状、杆状）

二、树立观点(基本思想)

1．有一定的结构就必然有与之相对应功能的存在；

○结构和功能相统一

2．任何功能都需要一定的结构来完成

1．各种细胞器既有形态结构和功能上的差异，又相互联系，相互依存；

○分工合作

2．细胞的生物膜系统体现细胞各结构之间的协调配合。

○生物的整体性：整体大于各部分之和；只有在各部分组成一个整体的时才能体现出生命现象。

1．结构：细胞的各个部分是相互联系的。如分布在细胞质的内质网内连核膜，外接细胞膜。

2．功能：细胞的不同结构有不同的生理功能，但却是协调配合的。如分泌蛋白的合成与分泌。

3．调控：细胞核是代谢的调控中心。其DNA通过控制蛋白质类物质的合成调控生命活动。

4．与外界的关系上：每个细胞都要与相邻细胞、而与外界环境直接接触的细胞都要和外界环境进行物质交换和能量转换。

六、总结

细胞既是生物体结构的基本单位，也是生物体代谢和遗传的基本单位。

（四）细胞物质的运输

○科学家研究细胞膜结构的历程是从物质跨膜运输的现象开始的，分析成分是了解结构的基础，现象和功能又提供了探究结构的线索。人们在实验观察的基础上提出假说，又通过进一步的实验来修正假说，其中方法与技术的进步起到关键的作用

成分：磷脂和蛋白质和糖类

结构：单位膜（三明治）→ 流动镶嵌模型

细胞膜 特性 结构特点：具有相对的流动性

生理特性：选择透过性（对离子和小分子物质具选择性）

保护作用

功能 控制细胞内外物质交换

细胞识别、分泌、排泄、免疫等

一、物质跨膜运输的实例

1.水分

条件 浓度 外液 > 细胞质/液 外液 < 细胞质/液

现象 动物 失水皱缩 吸水膨胀甚至涨破

植物 质壁分离 质壁分离复原

原理 外因 水分的渗透作用

内因 原生质层与细胞壁的伸缩性不同造成收缩幅度不同

结论 细胞的吸水和失水是水分顺相对含量梯度跨膜运输的过程

○ 渗透现象发生的条件：半透膜、细胞内外浓度差

○ 渗透作用：水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。

○ 半透膜：指一类可以让小分子物质通过而大分子物质不能通过的一类薄膜的总称。

○ 质壁分离与复原实验可拓展应用于：（指的是原生质层与细胞壁）

①证明成熟植物细胞发生渗透作用； ②证明细胞是否是活的；

③作为光学显微镜下观察细胞膜的方法； ④初步测定细胞液浓度的大小；

2. 无机盐等其他物质

① 不同生物吸收无机盐的种类和数量不同。

② 物质跨膜运输既有顺浓度梯度的，也有逆浓度梯度的。

3. 选择透过性膜

可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他离子、小分子和大分子则不能通过的膜。

□ 生物膜是一种选择透过性膜，是严格的半透膜。

二、流动镶嵌模型

1.要点

①磷脂双分子层 构成生物膜的基本支架，但这个支架不是静止的，它具有流动性。

②蛋白质 镶嵌、贯穿、覆盖在磷脂双分子层上，大多数蛋白质也是可以流动的。

③天然糖蛋白 蛋白质和糖类结合成天然糖蛋白，形成糖被具有保护、润滑和细胞识别等

2.与单位膜的异同

相同点：组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质

不同点：①流：蛋白质的分布有不均匀和不对称性；强调组成膜的分子是运动的。

②单：蛋白质均匀分布在脂双层的两侧；认为生物膜是静止结构。

三、跨膜运输的方式

例子|方式| 浓度梯度| 载体| 能量| 作用

水、甘油、气体、乙醇、苯| 自由扩散| 顺 ×| ×| 被选择吸收的物质从高浓度的一侧通过细胞膜向浓度低的一侧转运

葡萄糖进入红细胞| 协助扩散| 顺| √| ×

进入红细胞的钾离子 |主动运输| 逆| √| √| 能保证活细胞按照生命活动的需要，主动地选择吸收所需要

的物质，排出新陈代谢产生的废物和对细胞要害的物质。

○大分子或颗粒：胞吞、胞吐

四、小结

组成 决定

磷脂分子+蛋白质分子 结构 功能（物质交换）

具有

导致 保证 体现

运动性 流动性 物质交换正常 选择透过性

成分组成结构，结构决定功能。构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都是可以流动的，因此决定了由它们构成的细胞膜的结构具有一定的流动性。结构的流动性保证了载体蛋白能把相应的物质从细胞膜的一侧转运到到另一侧。由于细胞膜上不同载体的数量不同，所以，当物质进出细胞时能体现出不同的物质进出细胞膜的数量、速度及难易程度的不同，即反映出物质交换过程中的选择透过性。可见，流动性是细胞膜结构的固有属性，无论细胞是否与外界发生物质交换关系，流动性总是存在的，而选择透过性是细胞膜生理特性的描述，这一特性，只有在流动性基础上，完成物质交换功能方能体现出来。

五)细胞的能量供应和利用

H2O 外界

水

H2O O2 矿质元素

[H]

光 ATP 原生质

ADP+PI 热能

ATP

ADP+PI

CO2+H2O C3H6O3 C2H5OH+CO2

一、 酶——降低反应活化能

◎ 新陈/细胞代谢：活细胞内全部有序化学反应的总称。

◎ 活化能：分子从常态转变成容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。

1． 发现

①巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。

②巴斯德（法、微生物学家）：发酵与活细胞有关；发酵是整个细胞。

③利比希（德、化学家）：引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。

④比希纳（德、化学家）：酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。

⑤萨姆纳（美、科学家）：从刀豆种子提纯出来的脲酶是一种蛋白质。

⑥许多酶是蛋白质。

⑦切赫与奥特曼（美、科学家）：少数RNA具有生物催化功能。

2．定义

酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。

注：

①由活细胞产生（与核糖体有关）

②催化性质：A.比无机催化剂更能减低化学反应的活化能，提高化学反应速度。

B.反应前后酶的性质和数量没有变化。

③成分：绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。

3．特性

① 高效性：催化效率很高，使反应速度很快，是一般无机催化集的107——1013倍。

② 专一性：每一种酶只能催化一种或一类化学反应。 → 多样性 。

③ 需要合适的条件（温度和pH值） → 温和性 → 易变性 。

酶的催化作用需要适宜的温度、pH值等，过酸、过碱、高温都会破坏酶分子结构。低温也会影响酶的活性，但不破坏酶的分子结构。

图例

解析 在底物足够，其他因素固定的条件下，酶促反应的速度与酶浓度成正比。 1.在S较低时，V随S增加而加快，近乎成正比；

2.在S较低时，V随S增加而加快，但不显著；

3.当S很大且达到一定限度时，V也达到一个最大值，此时即使再增加S，反应也几乎不再改变。

1.在一定T内V随T的

升高而加快；

2.在一定条件下，每一种酶在某一T时活力最大，称最适温度；

3.当T升高到一定限度时，V反而随温度的升高而降低。

◎动物T：35—40℃

PH ： 6.5—8.0

◎ 酶工程

生产提取 制成 酶制剂 应用 治疗疾病；加工和生产一些产品；

和分离纯化 固定化酶 化验诊断和水质检测；其他分支。

二、ATP（三磷酸腺苷）

◎ ATP是生物体细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物，是生物体进行各项生命活动的直接

能源，它的水解与合成存在着能量的释放与贮存。

1．结构简式

A — P ～ P ～ P

腺苷 普通化学键13.8KJ/mol 高能磷酸键 30.54 KJ/mol 磷酸基团

2．ATP与ADP的转化

ATP

呼吸作用

（线粒体） 吸 Pi

（细胞质基质） 能 吸收分泌（渗透能）

（叶绿体） 放 肌肉收缩（机械能）

光合作用 Pi 能 神经传导、生物电（电能）

ADP (每个活细胞) 合成代谢（化学能）

体温（热能）

萤火虫（光能）

◎ 糖类—主要能源物质 热能 散失

太阳光能 脂肪—主要储能物质 氧化

（直接能源） 蛋白质—能源物质之一 分解 化学能 ATP

水解酶、放

◎ ATP ADP + Pi + 能量

合成酶、吸

3．能产生ATP： 线粒体、叶绿体、细胞质基质

能产生水： 线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核

能碱基互补配对： 线粒体、叶绿体、核糖体、细胞核

三、ATP的主要来源——细胞呼吸

◎呼吸是通过呼吸运动吸进氧气，排出二氧化碳的过程。

◎细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。分为：

有氧呼吸 无氧呼吸

概念 指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成许多ATP的过程。 指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。

过程 ① C6H12O6 → 2丙酮酸 + [H] + 2ATP

② 2丙酮酸+ 6H2O → 6CO2 + [H]+ 2ATP

③ [H] + 6O2 → 12H2O + 34ATP ① C6H12O6 → 2丙酮酸 + [H] + 2ATP

→ 2C3H6O3

② 2丙酮酸 → 2C2H5OH + 2CO2

反应式 C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2 + 12H2O + 38ATP C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP

→ 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP

不同点 场所 ： ①②线粒体基质 ③内膜 始终在细胞质基质

条件 ： 除①外，需分子氧、酶 不需分子氧、需酶

产物 ： CO2 、H2O 酒精和CO2或乳酸

能量 ： 大量、合成38ATP（1161KJ） 少量、合成2ATP(61.08KJ)

相同点 联系 ： 从葡萄糖分解成丙酮酸阶段相同，以后阶段不同

实质 ： 分解有机物，释放能量，合成ATP

意义 ： 为生物体的各项生命活动提供能量；为体内其他化合物合成提供原料

◎比较

光合作用 呼吸作用

反应场所 绿色植物（在叶绿体中进行） 所有生物（主要在线粒体中进行）

反应条件 光、色素、酶 酶（时刻进行）

物质转变 把无机物CO2和H2O合成有机物（CH2O） 分解有机物产生CO2和H2O

能量转变 把光能转变成化学能储存在有机物中 释放有机物的能量，部分转移ATP

实质 合成有机物、储存能量 分解有机物、释放能量、产生ATP

联系 有机物、氧气

光合作用 呼吸作用

能量、二氧化碳

◎ 光合作用的实质

通过光反应把光能转变成活跃的化学能，通过暗反应把二氧化碳和水合成有机物，同时把活跃的化学能转变成稳定的化学能贮存在有机物中。

四、光和光合作用

◎光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的

有机物，并释放出氧气的过程。影响因素有：光、温度、CO2浓度、水分、矿质元素等。

1．发现

内容 时间 过程 结论

普里斯特 1771年 蜡烛、小鼠、绿色植物实验 植物可以更新空气

萨克斯 1864年 叶片遮光实验 绿色植物在光合作用中产生淀粉

恩格尔曼 1880年 水绵光合作用实验 叶绿体是光合作用的场所释放出氧。

鲁宾与卡门 1939年 同位素标记法 光合作用释放的氧全来自水

2．场所

双层膜

叶绿体 基质

基粒 多个类囊体（片层）堆叠而成

胡萝卜素（橙**）1/3

类胡萝卜素 叶黄素（**） 2/3 吸蓝紫光

色素 （1/4） 叶绿素A（蓝绿色）3/4

叶绿素（3/4） 叶绿素B（黄绿色）1/4 吸红橙和蓝紫光

3．过程

光反应 暗反应

条件 光、色素、酶 CO2、[H]、ATP、酶

时间 短促 较缓慢

场所 内囊体的薄膜 叶绿体的基质

过程 ① 水的光解

2H2O → 4[H] + O2

② ATP的合成/光合磷酸化

ADP + Pi + 光能 → ATP ① CO2的固定

CO2 + C5 → 2C3

② C3/ CO2的还原

2C3 + [H] →（CH2O）

实质 光能 → 化学能，释放O2 同化CO2，形成（CH2O）

总式 CO2 + H2O → （CH2O）+ O2

或 CO2 + 12H2O → （CH2O）6 + 6O2 + 6H2O

物变 无机物CO2、H2O → 有机物（CH2O）

能变 光能 → ATP中活跃的化学能 → 有机物中稳定的化学能

◎ 同位素示踪

14C 光反应 2C 3 暗反应 （14CH2O）

3H2O 固定 [3H] 还原 （C3H2O）

H218O 光 18O2

◎ 人为创设条件，看物质变化：

1． 光照 → [H]和ATP → 暗反应 → （CH2O）

↓ ↓ ↓ ↓

切断 → 不能生成 → 不能进行 → 不能生成

2． CO2 → C5 → C3 → （CH2O）

(1)气孔率高。多孔陶瓷的重要特征是具有中较多的均匀可控的气孔。气孔有开口气孔和闭口气孔之分，开口气孔具有过滤、吸收、吸附、消除回声等作用，而闭口气孔则有利于阻隔热量、声音以及液体与固体微粒传递。

(2)强度高。多孔陶瓷材料一般由金属氧化物、二氧化硅、碳化硅等经过高温煅烧而成，这些材料本身具有较高的强度，煅烧过程中原料颗粒边界部分发生融化而粘结，形成了具有较高

强度的陶瓷。

(3)物理和化学性质稳定。多孔陶瓷材料可以耐酸、碱腐蚀，也能够承受高温、高压，自身洁净状态好，不会造成二次污染，是一种绿色环保的功能材料。

(4)过滤精度高，再生性能好。用作过滤材料的多孔陶瓷材料具有较窄的孔径分布范围和较高的气孔率与比表面积，被过滤物与陶瓷材料充分接触，其中的悬浮物、胶体物及微生物等污染物质被阻截在过滤介质表面或内部，过滤效果良好。多孔陶瓷过滤材料经过一段时间的使用后，用气体或者液体进行反冲洗，即可恢复原有的过滤能力。

材质

(1)高硅质硅酸盐材料，它主要以硬质瓷渣、耐酸陶瓷渣及其他耐酸的合成陶瓷颗粒为骨料，具有耐水性、耐酸性，使用温度达700℃。

(2)铝硅酸盐材料，它以耐火粘土熟料、烧矾土、硅线石和合成莫来石颗粒为骨料。具有耐酸性和耐弱碱性，使用温度达1 000℃。

(3)精陶质材料，它以多种粘土熟料颗粒与粘土等混合烧结，得到微孔陶瓷材料。

(4)硅藻土质材料，它主要以精选硅藻土为原料，加粘土烧结而成。用于精滤水和酸性介质。

(5)纯炭质材料，它以低灰分煤或石油沥青焦颗粒为原料，或加入部分石墨，用稀焦油粘结烧制而成，用于耐水、冷热强酸、冷热强碱介质以及空气的消毒和过滤等。

(6)刚玉和金刚砂材料，它以不同型号的电熔刚玉和碳化硅颗粒为骨料，具有耐强酸、耐高温的特性

(7)堇青石、钛酸铝材料，其特点是热膨胀系数小，因而广泛用于热冲击环境。

添加剂

(1)助熔剂

陶瓷助熔剂的主要作用是降低烧成温度，增加液相，扩大烧成范围，提高坯体的力学强度和化学稳定性。常用的助熔剂有长石、珍珠岩、滑石、蛇纹石、硅灰石、石灰石、白云石等。

(2)增塑剂

陶瓷增塑剂主要作用是提高陶瓷坯体的整体塑性，保证坯体具有一定的强度，使坯体在烧成前保持原有形状。常用的增塑剂有粘性土、木节土、球土等。

(3)粘结剂

粘结剂是指为了提高坯体的强度或防止粉末偏析而添加到陶瓷坯料中的具有粘结作用的添加剂。粘结剂一般选择易于在烧结前或烧结过程除掉的物质，如淀粉、石蜡、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等。水玻璃具有较好的粘性，水分挥发后留下的硅酸钠可以作为陶瓷的成分，所以也常被用作粘结剂。

(4)致孔剂

加入致孔剂是为了提高陶瓷的气孔率、扩大比表面积。致孔剂主要有天然有机细粉、煤粉、石灰石、白云石、烧沸石、珍珠岩、浮石等。一般来讲，增加致孔剂的用量可以提高陶瓷的气孔率，但是会引起陶瓷强度下降，因此必须控制致孔剂的添加比例。以石灰石和白云石作致孔剂时，在煅烧过程分解生成的CaO和MgO具有助熔作用，如果在煅烧温度过高、时间过长，会与原料中的部分物质形成玻璃相，填充部分已形成的气孔，降低陶瓷的气孔率

(5)流变剂

浆料的流动性能保证浆料在浸渍过程中能渗透到有机泡沫中，并均匀地涂敷在泡沫网络的孔壁上。浆料的触变性即要求浆料具有在静止时处于凝固状态，但在外力作用下又恢复流动性的特性。良好的触变性可以保证在浸渍浆料和挤出多余浆料时，在剪切作用下降低粘度，提高浆料的流动性，有助于成型，而在成型结束时，浆料的粘度升高，流动性降低。这就使得附着在孔壁上的浆料容易固化而定型，避免了因为浆料的流动造成坯体严重堵孔而影响制品的均匀性。

(6)分散剂

为了提高浆料的固含量，无论是水基体系还是非水基体系均需加入分散剂。分散剂可以提高浆料的稳定性，阻止颗粒再团聚，进而提高浆料的固含量。

(7)消泡剂和表面活性剂

为了防止浆料在浸渍和挤出多余浆料的过程中起泡而影响制品的性能，需加入消泡剂，一般采用低分子量的醇和硅酮。陶瓷浆料为水基浆料时，如果有机泡沫与浆料之间的润湿性差，在浸渍浆料时就会出现泡沫结构的交叉部分附着较厚的浆料，而在结构的桥部和棱线部分附着很薄的浆料的现象。这种情况严重时会导致烧结过程中坯体开裂，使多孔陶瓷的强度明显降低。因此，通常采用添加表面活性剂的方法以改善陶瓷浆料与有机泡沫体之间的附着性来解决此问题。

制备

发泡工艺

发泡工艺是陶瓷组分添加有机或无机化学物质,通过化学反应等产生挥发气体,经干燥和烧成制成多孔陶瓷。发泡工艺与泡沫浸渍工艺相比,更容易控制制品的形状、成分和密度,并可制备各种气孔形状和大小的多孔陶瓷,特别适用于制备闭气孔的陶瓷材料。用来做发泡剂的化学物质有很多种类,例如,用碳化钙、氢氧化钙、铝粉硫酸铝和双氧水作发泡剂;由亲水性聚氨脂塑料和陶瓷泥浆同时发泡制备多孔陶瓷;用硫化物和硫酸盐混合作发泡剂等。

添加成孔剂工艺

此工艺是通过在陶瓷配料中添加造孔剂,利用造孔剂在坯体中占据一定的空间,然后经过烧结,造孔剂离开而形成气孔来制备多孔陶瓷。添加造孔剂制备多孔陶瓷的工艺流程与普通的陶瓷工艺流程相似。造孔剂的种类有无机和有机两类,无机造孔剂有碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵等高温可分解的盐类,以及煤粉、碳粉等。有机造孔剂主要是天然纤维、高分子聚合物和有机酸等。造孔剂颗粒的形状和大小决定了多孔陶瓷材料气孔的形状和大小。多孔陶瓷材料的成型方法与普通陶瓷的成型方法类似,主要有模压、挤压、等静压、扎制、注射和粉浆浇注等。

有机泡沫浸渍工艺

有机泡沫浸渍法是用有机泡沫浸渍陶瓷浆料，干燥后烧掉有机泡沫，获得多孔陶瓷的一种方发泡工艺法。该法适于制备高气孔率、开口气孔的多孔陶瓷。这种方法制备的泡沫陶瓷是目前最主要的多

孔陶瓷之一。

溶胶－凝胶工艺

溶胶- 凝胶工艺主要利用凝胶化过程中胶体粒子的堆积以及凝胶处理、热处理等过程中留下小气孔,形成可控多孔结构。这种方法大多数产生纳米级气孔,多用来生产微孔陶瓷。溶胶－凝胶工艺是一种新的制备多孔陶瓷的工艺,与其它工艺相比有其独特之处。例如,用溶胶－凝胶法制备氧化铝多孔陶瓷,与颗粒混合、泡沫浸渍、喷雾干燥颗粒等方法相比较,溶胶－凝胶法可进一步改善氧化铝多孔陶瓷孔径分布的控制、相变、纯度及显微结构。

挤出成型多孔蜂窝陶瓷

蜂窝陶瓷的成型方法有许多种,挤出成型是最普遍采用的制造方法之一。它的工艺流程为:原料合成-混和-挤出成型-干燥-烧成制品

固相烧结工艺

固相烧结工艺利用微细颗粒易于烧结的特点，在骨料中加入相同组分的微细颗粒，在一定的温度下微细颗粒通过蒸发和迁移，在大颗粒连接部烧结，从而将大颗粒连接起来。由于每一粒骨料仅在几个点上与其他颗粒发生连接，因而在烧结体中形成大量的三维贯通孔道。

凝胶注模工艺

凝胶注模工艺源于20世纪90年代，美国橡树岭国家实验室最早将传统陶瓷成型技术与高分子化学反应结合在一起，研制出这种新型陶瓷制备工艺。凝胶注模工艺过程是一个原位成型过程，主要利用有机单体或少量添加剂的化学反应原位凝固成型，获得具有良好微观均匀性和一定强度的坯体，而后烧结制得成品。

冷冻干燥工艺

在该工艺中，让冰将柱状的凝胶包围和隔离着，并且控制溶液中冰的生长方向为单向生长，冰溶化后纤维就形成了。在另外一种制备孔陶瓷的冻干工艺中，溶剂是直接由固态到气态升华而排除的。通过控制金属盐溶液的冷冻方向获得了方向性好、气孔率很高(>90%)的多孔陶瓷。

自蔓延高温合成(SHS) 工艺

燃烧合成, 又称自蔓延高温合成用燃烧合成技术制备多孔材料的主要过程是放热反应，化学反应释放出来的热量维持反应的自我进行，合成新物质的同时获得了所期望的多孔材料，包括具有一定形状的多孔材料。燃烧合成过程总是伴随着烧结现象，烧结体的孔隙度很高，可以达到50%左右，甚至更高。SHS与常规方法相比主要有以下特点和优势:合成反应过程迅速，能大量节省能源，产品纯度高，工艺相对简单，适合于制备各类无机材料。SHS 存在的主要不足之处是反应快迅速，试样的烧结尺寸难以控制。

水热－热静压工艺

该工艺通过水作为压力传递介质制备各种孔径多孔陶瓷。其简单制备步骤为：硅凝胶和10%(质量百分数)的水混合，置于高压釜中(压力10—15MPa，温度300℃)，通过水蒸汽的挥发而制成多孔陶瓷。水热－热静压工艺中，反应时间一般为10—180 min。在25MPa下处理60min，制得的多孔陶瓷材料体积密度为0.88 g/cm，孔体积为0.59cm/g，孔尺寸分布范围为30~50nm，抗压强度高达80MPa。多孔陶瓷水热－热静压工艺具有以下优点：制得的多孔陶瓷材料抗压强度高、性能稳定、孔径分布范围广。

组织遗传制备工艺

该工艺是利用植物材质(木材、竹子等)的天然多孔组织，将其在800~1000℃下和惰性气体环境中热解碳化得到与木材多孔结构几乎完全相同的碳预制体。然后以碳预制体为模板，1600℃时液态硅蒸发形成的硅蒸汽渗入模板与碳化合形成多孔碳化硅陶瓷。该工艺过程简单，成本低廉，但制品的孔结构主要决定于材质本身的组织，可设计性较差，同时SiC的转化率相对较低。也可将木材在真空中浸渍渗入树脂，之后在1200℃左右热解，冷却后得到一定孔隙率的木材陶瓷。

离子交换法

层状硅酸纳晶体与十八烷基三甲基溴化铵在水中充分混合, 硅酸盐层间的阳离子与铵盐阳离子将自发地进行交换, 由于铵盐离子体积较大, 硅酸盐的片层结构会因铵盐的引入而发生弯曲变形, 弯曲的片层之间发生缩聚, 将有机物包围在片层当中, 经高温烧结除去有机物, 即形成多孔SiO2。目前,人们正在研究这种多孔材料的稳定性和比表面积问题, 并期望将其应用于催化或吸附系统中。

应用

载体

多孔陶瓷具有良好的吸附能力和活性。被覆催化剂后，反应流体通过泡沫陶瓷孔道，将大大提高转化效率和反应速率。由于多孔陶瓷具有比表面积高、热稳定性好、耐磨、不易中毒、低密度等特点，作为汽车尾气催化净化器载体已被广泛使用除了作催化剂载体外，它还可以作为其它功能性载体，例如药剂载体、微晶载体、气体储存等。

过滤和分离

1．超纯水的制备和除菌

用硅藻土或粘土熟料质制成的多孔陶瓷滤芯，已用于饮水、石油油井注水用水等的除菌和净化，还用于注射液的消毒过滤，以及电子工业、医药工业、光学透镜研磨用的超纯水的净化等。

2．废水处理

用多孔陶瓷过滤工业废水和生活污水已成为废水处理和净化的重要发展方向，适用各种污染废水，效率高，成本低。

3．腐蚀性流体过滤

多孔陶瓷的强耐腐蚀性使其在过滤酸性、碱性等腐蚀性液体或气体时显示出特有的优势。

4．熔融金属过滤

经多孔陶瓷的过滤能除去熔融金属中大部分的夹杂物和气体等杂质，提高金属材料的强度等内在质量。特别在电子元件、电线用金属和精密铸造用金属方面尤其重要。

5．高温气体过滤

高温烟气的除尘、高温煤气的净化等高温气体的过滤都必须使用耐高温的多孔陶瓷。

6.医药工业食品工业过滤

多孔陶瓷由于具有耐高温、耐腐蚀和良好的生物、化学相容性，因而可用于医药工业中的疫苗、酶、病毒、核酸、蛋白质等生理活性物质的浓缩、分离、精制等。在食品、饮料工业中，特别适用于色、香、味强的饮料及低度酒类的过滤，并可望在啤酒(尤其是生啤)的生产中发挥不可替代的作用。

7．放射性物质的过滤

核电厂等产生大量放射性废物，经过燃烧能成为化学稳定的固体粉末，多孔陶瓷能将其固化，保管起来方便又经济。

吸音材料

多孔陶瓷具有连通开气孔，当声波传入时，在很小的气孔内受力振荡。振动受到的摩擦和阻碍，使声波传播受到抑制，导致声音衰减，从而起到吸音的作用。是一种消除噪声公害，益于人们身心健康的好材料。作为吸音材料的多孔陶瓷要求较小的孔径(20～150/um)，相当高的气孔率(>60%)及较高的机械强度。陶瓷所具有的优良的耐火性和耐候性，使它可用于变压器、道路、桥梁等的隔音。现在已在高层建筑、隧道、地铁等防火要求极高的场合及电视发射中心、影剧院等有较高隔音要求的场合使用，效果很好。

隐身材料

多孔陶瓷吸波涂料是一种研制较多的吸波材料，它比铁氧体、复合金属粉末等吸波涂料的密度低、吸波性能好，而且还可以有效地减弱红外辐射信号。另外，多孔陶瓷具有良好的力学性能、热物理性能和化学稳定性，能满足隐身的要求。著名的F-117隐身飞机的尾喷管就使用了多孔陶瓷基吸波材料达到飞机隐身的目的。

隔热保温材料

由于多孔陶瓷具有巨大的气孔率和低的基体热传导系数,其最传统的应用是作为隔热材料。传统的窑

炉、高温电炉其内衬多为多孔陶瓷。为增加其隔热性能还可将内部气体抽真空。目前世界上最好的隔热材料正是这种多孔陶瓷材料。高级的多孔陶瓷隔热材料还可用于航天飞机的外壳隔热。除此以外,由于其多孔性还可以作为换热材料用,且换热充分。

多孔介质燃烧器

多孔介质燃烧器有功率大、范围可调、高功率密度、极低的C0和N0x排放量、安全稳定燃烧等优点。而且很重要的一点是，多孔介质燃烧器的结构紧凑，尺寸大大减小，制造成本低，系统效率较高，消除了额外能耗。

生物工程材料

在传统生物陶瓷基础上研究开发的多孔生物陶瓷，由于生物相容性好，理化性能稳定，无毒副作用的特点而被用于制作生物材料。当用于修补骨缺损部位时，新生物将逐渐进入多孔陶瓷珊瑚状孔隙内，慢慢将多孔陶瓷吸收，最终，这种多孔陶瓷将由新生骨制质取代。与传统生物陶瓷相比，生物体内不会残留任何异物，因而不易感染。国外利用多孔生物陶瓷修复头盖骨、大腿骨、脊椎骨、人造齿根等临床实验均已获成功。

散气（布气）材料

多孔陶瓷还可用于气－液、气－粉两相混合，即通常所说的布气、散气。通过多孔陶瓷的散气作用，使两相接触面积增大而加速反应。目前活性污泥法处理城市污水中使用的多孔陶瓷布气装置就比较成功，不仅布气效果好，而且使用寿命长。利用多孔陶瓷材料将气体吹入粉料中，使粉料处于疏松和流化状态，有利于混匀、传热和均匀受热，能加速反应，防止团聚，便于粉料的输送、加热、干燥和冷却等，特别在水泥、石灰、和氧化铝粉等粉料生产及输送中有着良好的应用前景。

新能源材料

1) 多孔陶瓷因其与液体和气体的接触面积大，使电解池的槽电压比使用一般材料低得多，而成为优良的电解隔膜材料，可大大降低电解槽电压，提高电解效率，节约电能和昂贵的电极材料。目前陶瓷隔膜材料已用在化学电池、燃料电池、光化学电池中，特别是固体氧化物电池。

2)利用多孔陶瓷制备多孔电极。以多孔气体扩散电极为例，它的比表面积不但比平板电极提高3～5个数量级，而且液相传质层的厚度也从平板电极的10cm压缩到1O～10cm，从而大大提高电极的极限电流密度，减少浓差极化。

敏感元件

陶瓷传感器的敏感元件工作原理是当微孔陶瓷元件置于气体或液体介质中时，介质的某些成分被多孔体吸附或与之反应，使微孔陶瓷的电位或电流发生变化，从而检验出气体或液体的成分。比较常用的有温度传感器、湿度传感器、气体传感器以及多功能传感器。

微孔膜

陶瓷分离膜因耐高温、耐酸碱、抗生物侵蚀、不老化、寿命长等优点，被开发应用于食品工业、生物化工、能源工程、环境工程、电子技术等领域。随着材料科学技术的发展，纳米级多孔无机膜的制备和应用成为人们目前研究的热点。微孔无机膜还应用于光学、电子学、磁学等领域。

存在的问题：

材料的脆性；缺乏完整材料的大规模生产系统；缺乏对材料的孔径大小、形状分布等的精确控制方法；缺乏连续生产工艺；缺乏将孔结构与力学性能相联系的有效模型；材料间连接技术的不足；多孔泡沫制备中溶剂提取法的简化；合成催化剂的活性和尺寸选择性；完整的膜净化方法；生产成本高。

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