DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 煤矸石作为充填材料中的渗流力学研究 随着技术的进步，充填开采技术也日臻完善，充填方式也日趋多样化 [ 3 ]。按充填方式可将充填开采分为水力充填、风力充填、机械充填、矸石自溜充填等。目前矿山应用的充填开采方法与技术主要为固体废弃物充填开采及胶结材料充填开采。固体废物主要是指煤矸石。在煤炭开采过程中，产生的固体废物矸石在百分之十五至百分之二十五，我国历年累计堆放的煤矸石约四十五亿吨，而且堆积量还以每年一两亿吨的速度增加。在美国，年产矸石量也在一点五亿吨，废弃的入选煤量的百分之三十作为矸石直接排放于矸石山。相关科研工作者通常认为，煤矿排矸带来的环境和资源问题，可以通过采用煤矸石作为充填材料充填在井下解决 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]。在环境与能源问题日益突出的今天，煤炭开采日趋环保化，煤炭绿色开采理念正是在此基础上提出来的。煤矿常规开采方法引起地表沉陷严重煤矿开采产生的研石量大，占地污染严重正在自燃的研石山，如遇到雨水的渗入，受热后空气急剧膨胀，会引起爆炸，造成更大的危害，必须对煤研石进行综合治理把煤研石、灰渣等废弃物充填到井下，进行充填开采，是解决煤矿常规开采方法引起的地表沉陷，处理和利用煤炭开采产生的各种废弃物行之有效的方法。王戈 [ 8 ] 针对充填开采条件下采空区瓦斯运移问题，在查阅国内外大量综采工作面充填开采技术研究文献和采空区瓦斯涌出及运移分布研究文献的基础上，借助岩石力学、流体力学、瓦斯渗流理论、多孔介质渗流理论及相关理论，运用理论分析、物理数学建模分析、计算机仿真技术等手段，研究型和型两种矿井通风系统下充填煤矸石、灰渣和泥沙三种充填物对采空区瓦斯运移的影响，发现煤歼石粒径大，抗压强度大，受压后空隙率变化小，充填煤矸石有利于减少采空区中深部的瓦斯积聚，而充填灰渣和泥沙时效果不如煤矸石。煤矸石抗压强度大，受压情况下体积变化小，所以充填煤矸石时采空区各部分的空隙率差别很小。随着相当一部分矿区的煤炭资源逐渐枯竭，煤矿开采开始向深部延伸，这些矿区可开采的资源大都为“三下”压煤，压煤的开采方法现多数矿井采用充填开采而煤矿的研石山及煤研石发电厂的灰渣堆积在地面也会造成环境污染，所以一些矿区如贵州六盘水盘江矿区考虑将研石山及煤研石发电厂产生的灰渣充填到井下以解决压煤和研石、灰渣的地面堆积问题。但是该研究在理论分析上只考虑了型和型两种通风系统下的瓦斯运移规律，未考虑更多的通风系统；在选取充填物方面也存在着同样的问题充填物选取不够丰富；同样会影响本文结论的代表性；未考虑型通风系统下充填采空区的瓦斯抽放问题，对高瓦斯矿常用到得高位巷抽放也未考虑；该研究并未进行现场实验，未能将理论方面同实践结合到一起。 关于承压散体渗流研究，黄先伍、李顺才和黄伟 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] 利用轴向位移控制的方法测试了不同粒径破碎煤矸石在不同孔隙度下的渗透特性，并给出了其渗透特性随孔隙度变化的曲线。黄伟的研究对岩体包括煤层及其上覆若干岩层变形、瓦斯运移、充填物及支架的祸合作用做了初步研究，取得了一些成果，但是祸合运动的复杂性尚需进一步研究，比如覆岩垮落后的计算、响应计算方法的通用性和支架与围岩的祸合作用等。王志飞等 [ 12 ] 用煤矸石标准试样和破碎矸石研究了矸石的非Darcy渗流特性，得出标准试样的煤矸石为非Darcy渗流，渗透率量级为1017~1018 m 2 。刘玉 [ 13 ] 通过轴向位移控制法及稳态渗透法测试了煤矸石在不同孔隙率下的非Darcy渗透试验结果，认为孔隙率是使渗透率降低和非达西因子绝对值增加的主要原因，但破碎颗粒排列的不规则性和结构的调整使得k-φ、β-φ曲线出现局部波折。 关于煤矸石与黄土混合的渗流特性，贺建清等 [ 14 ] [ 15 ] 为分析煤矸石中掺土作为高速公路路堤填料的可行性，通过掺土煤矸石的动三轴试验，对掺土煤矸石在循环荷载作用下的动力特性进行试验研究，得到在煤矸石中掺入适当比例的黏土，其强度均有不同程度的提高，其中以煤矸石与土的干质量为3:1~4:1时效果较为明显。鲍远琴 [ 16 ] 采用掺土比分别为0%、5%、10%和15%的4组不同的煤矸石试样，研究掺土煤矸石混合料在不同压实度下的抗剪强度参数(凝聚力、摩擦角)、饱水96 h下抗剪强度参数和掺土量三者之间的关系。研究表明掺入土后试样的孔隙结构随着试样粘性成分的增加而增加，进而使得煤矸石的凝聚力有所增加；而掺土到一定量之后，粘性成分的增加会改变煤矸石原有性质，又使得煤矸石的凝聚力下降，最终得到掺入10%左右粘土可最大限度的增加煤矸石的粘性成分，凝聚力也是最好，对煤矸石稳定性的改善也最明显。因此本实验做不同粒径与黄土混合的比例选取为1:0.3，做黄土掺量的影响时，配比选取为1:0.1、1:0.3、1:0.5。
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user: 3. 煤矸石作为注浆材料中的渗流力学研究 王慧涛 [ 17 ] 基于过火煤矸石可有效提高胶凝活性的特点，研发以过火煤矸石为主、少量水泥及粘土为辅的新型注浆加固材料；得出随着过火煤矸石含量的增加，新型材料流动性大于普通硅酸盐水泥，浆液具有优异的长距离泵送性及操作性能；新型材料的胶凝时间可通过调节速凝剂、早强剂等外加剂含量而实现相应调整，可保证浆液具有良好的扩散性能；与传统材料相比，当水泥含量一定时，新型材料的中后期强度存在较为明显的提升；新型材料体系中的过火煤矸石可有效提高结石体的致密度和抗渗性，削弱大含量粘土导致结石体抗渗性较差的缺陷。采用有限元计算软件中的固体力学模块及渗流力学模块开展计算工作，通过固体力学模块计算注浆加固改造对煤层采空区稳定性的影响，通过渗流力学模块计算注浆改造对煤层采空区涌水量的影响。基于此，最终提出新型奥灰含水层注浆材料工业试生产技术和工艺实施方案，验证新型材料的工程适用性，取得了一系列具有实用价值的研究成果。虽然该研究提出了一套较为完整的适用于煤矿底板的注浆加固方法，并且在白庄煤矿底板治理中获得了良好的治理效果，但到目前为止仍没有得到其它方面的工程验证，因此仍应该在工程实践中继续充实和提高。 谷天峰等 [ 18 ] 通过室内试验，研究了用于采空区注浆的水泥–煤矸石材料的主要性能。探讨了使用大掺量煤矸石情况下，水固比、水泥掺量、外掺剂与结石体强度、凝结时间、粘度、析水率、结石率之间的关系。结果表明使用经低温活化、机械粉碎的煤矸石粉配制的浆液较未经过活化处理的浆液的结石体强度明显提高，可用于采空区注浆工程。水玻璃可以对水泥煤矸石浆液体系产生作用，影响浆液的粘度、初凝时间、终凝时间等。可利用水玻璃对浆液性能进行调整，以适应不同注浆环境的要求。该浆液原材料来源广泛，可以解决注浆用粉煤灰缺乏及煤矸石资源利用问题。
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user: 4. 煤矸石在破碎岩体研究中的渗流力学研究 姜振泉等 [ 19 ] 利用自制容器探讨了煤矸石压密性与颗粒破碎关系，试验结果显示较大比例的软岩矸石出现破碎，并伴随有密实程度和颗粒级配的明显变化。煤矸石在压密过程是矸石经过破碎→压密→再破碎→再压密的渐进压密过程。刘松玉等 [ 20 ] [ 21 ] 运用对煤矸石开展三轴压缩渗透试验，其研究结果表明：煤矸石渗透及强度、变形特性受控于其粒度级配特征及颗粒破碎变化规律，不同粗细料比例煤矸石强度包线均近似直线，强度公式可采用库仑公式，且应力应变关系曲线可用双曲线进行拟合。Zhou，Zhang等 [ 22 ] [ 23 ] 对不同颗粒粒径破碎煤矸石在不同应力下压实分形及能量耗散特征进行了研究，结果表明随着应力的增大，各试样的粒度分布趋于分散，分形维数随着小颗粒含量的增加而增大，并最终趋于一定的值。在相同的初始颗粒级配和应力下，分形维数随岩石强度的增加而减小。压实过程中能量耗散与变形的三个阶段相对应具有明显的阶段性，且颗粒尺寸和加载速率对煤矸石的变形和能量耗散有显著影响。李顺才等 [ 10 ] 利用稳态渗透法及轴向位移控制法测定了粒径分别为5 mm~10 mm、10 mm~15 mm、15 mm~20 mm、20 mm~25 mm以及混合粒径的破碎砂岩、煤矸石及灰岩在承压过程中非Darcy流的渗透特性，发现随着孔隙率的减少，渗透率呈现整体下降的趋势，三种破碎岩石渗透率的量级为10~16 m 2 ~10~12 m 2 。李顺才 [ 24 ] 还利用轴向位移控制法，研究了不同粒径的煤矸石非Darcy渗透特性随孔隙率的变化规律，研究表明，随着孔隙率的减少，渗透率的量级减少，而Darcy流偏离因子的绝对值量级增加。 李振 [ 25 ] 详细研究了破碎煤矸石压实过程中声发射参数演化，破碎煤矸石声发射计数参数随时间演化规律与其压缩变形的三个阶段有着很好的对应性，声发射计数随时间演化规律可以用来表征破碎煤矸体侧限约束下轴向压缩的不同阶段。在初始压密阶段，破碎颗粒之间处于相对松散状态，在轴向压力压缩作用下，破碎颗粒与颗粒之间表现为接触状态的调整和颗粒间空隙的快速闭合。随着轴向应力增加，破碎颗粒继续旋转移动、块体间空隙继续填充、闭合，在此期间破碎煤岩体由于棱角的逐步相互咬合而形成比较密实的骨架。该过程同时伴随有少量不规则颗粒的破碎，因此整个初始压密阶段会出现由旋转、摩擦和颗粒间位错引起的摩擦型声发射信号以及由极少量不规则颗粒棱角破碎引起的破碎型声发射信号，但整体而言四种粒径下破碎煤矸石在该阶段内声发射计数相对很少。在线性压实阶段，破碎颗粒体经前期的初始压密阶段后形成了具有较密实骨架结构的颗粒组合体，抗变形能力亦随应力增大而逐渐增强。该阶段压力机输入的功将转化为不可逆的颗粒块体间摩擦耗能和颗粒破碎耗能，同时伴有破碎颗粒的弹性变形能。与初始压密阶段相对比，随着应力的增加，颗粒间由于破碎引起的声发射计数以及由于骨架更加密实而导致的摩擦型声发射计数均逐渐增大。该阶段变形范围内颗粒块体与块体间接触一旦超过颗粒破碎所需破碎耗能，则破碎颗粒体发生破坏形成更小的破碎颗粒体并再次填充剩余空隙，使整个破碎颗粒体骨架结构更加密实。在塑性压固阶段，四种粒径破碎煤矸石声发射计数表现出随加载持续进行进行逐渐减小的趋势，同时声发射累积计数曲线由线性压密阶段后期的线性增长趋势演变为上凸衰减式增长趋势。出现该现象的原因可能是，经过前期线性压实阶段应力的作用，破碎煤矸石颗粒组合体已经形成了抗变形能力更强的“应变硬化型”骨架结构，该阶段压力机做的功转化为颗粒破碎耗能和摩擦耗能的总量随着轴向位移的持续增加有所降低，因此整个声发射累积计数曲线呈现衰减式增长趋势。该研究揭示了不同类型老空区煤层气储气空间三维发育特性，并联合破碎煤岩体变形渗流特性提出了地面钻井井位优选方法，然而针对包含孔隙、裂隙及空隙三重孔隙结构的复杂老空区煤层气储气空间还需要进一步开发相应的渗流数值模拟模型对钻井抽采参数进行优化。
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user: 5. 结论 把煤矸石作为一种资源加以开发利用，能变废为宝，物尽其用。本文对煤矸石利用过程中相关渗流力学问题的研究进展进行了综述，对煤矸石利用过程中相关渗流力学问题的深层次认识具有一定的理论价值和实际意义。相关渗流特性的影响规律和作用机理研究是未来研究的一个方向。
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user: 摘要 真空绝缘处理是高电压绝缘防护的方法之一。本文从真空绝缘的理论入手，对某航天高压电子产品特殊工作环境进行分析，并对实际的产品进行了绝缘设计及工艺验证。结果表明，采用真空气相沉积工艺在电极表面涂敷一定厚度的Parylene涂层，可以更好地满足产品在真空环境下的绝缘防护性能要求。
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user: 1. 引言 航天电子设备与普通的地面设备相比较有着特殊的使用环境，因此在许多方面有着特殊的要求。电子设备的绝缘问题在航天高电压设备中表现更为明显 [ 1 ]。高压绝缘工艺是和绝缘材料相互结合的，不同的绝缘材料需要不同的绝缘工艺来实施。绝缘的常用方式从形态上可以分为固相、液相和气相以及真空绝缘。其中应用最广泛的时固相绝缘，固态的绝缘材料常见的代表材料有环氧树脂、硅橡胶、聚氨酯类物质。在工业领域，作为液态绝缘材料的各种绝缘油也经常应用，绝缘油有较好的击穿自愈特性和散热特性；在某些高压电子设备中还应用到了以SF6为代表的气体绝缘材料。另外一类“绝缘”就是没有绝缘材料，而是利用真空环境进行绝缘防护的应用。常见的有真空高压接触器、真空高压开关等(真空环境下也避免了切换过程中电弧的产生)。地面的真空环境需要人工进行抽真空过程，在一个封闭的空间里形成局部的真空环境，为了保证真空度，需要对密封性能提出了较高的要求。作为宇航使用，在较高的真空环境下，不存在大量的粒子形成导电介质，因此真空绝缘是另外一种高压防护方式。对于在太空飞行的航天器来讲，真空是一个天然的、现实的外部环境，为真空绝缘应用提供了绝佳的自然条件。本文结合产品对真空绝缘的理论介绍和分析，并结合某产品的高压绝缘应用了实践和探讨。
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user: 2. Paschen放电和真空绝缘机理 根据Paschen放电原理，气体的击穿电压Vs是管内电极间距d和管内气压P乘积的函数。存在以下关系式： 图1. Paschen曲线图 V s = B 0 p d ln ( A p d / Φ ) (1) 式中，A、B 0 、Ф为常数。 根据Paschen定律，对一定的气体，存在最低的击穿电压Vsmin，该击穿电压所对应的pd值为(pd) 0 ，这种物理关系用相应的“帕邢(Paschen)曲线”表示，曲线在(pd) 0 处分为左右两支。它给出了击穿电压与压力和间隙间距的函数关系，如图1所示。 Paschen击穿是与气体绝缘击穿相关的效应表现。对于所有的气体或气体混合物来说，存在一个电极间的最小电压，当低于此电压时不会发生能够导致电晕或电压击穿的雪崩放电形式的电气击穿。当电位高于此最小值时，雪崩放电所需要的初始值可以基于气体或气体混合物的Paschen曲线来求得，通过考虑不同的电场和气体固体绝缘材料进行修正得到。 雪崩放电的初始电压是一个跟气体密度、极间气隙距离有关的函数，气隙距离包括导体上不超过气隙距离的固体绝缘厚度，它完全符合雪崩击穿理论。由于雪崩击穿，总是存在最佳状态，其中分子距离(由气体压力给出)和电场强度(由总间隙距离给出)提供电离的最佳条件。对于这些“最佳”条件，结果是非常低的击穿电压。 从研究结果看，Paschen曲线及其最小值取决于 [ 2 ]： a) 气体成分组成； b) 电压类型：AC，DC或脉冲(对于大多数电压类型，峰值电压是最具决定性的值)； c) 电极材料及形状。 因此，接近于0 Pa的真空环境，已经远在Paschen曲线的左侧，见图1所示，电子的自由行程远大于极间距离，使得碰撞电离实际上不可能发生，故按照碰撞电离学说，pd极小时，Vs将趋于无穷，真空正是理想的绝缘“材料”。但是场强或温度的继续提高，阴极会出现强场发射而导致击穿和微粒引发的击穿。强场发射和材料特性、温度和场强相关。试验表明，压力低于133 Pa后，击穿场强很高，且与剩余压力关系很小；但剩余压力高于133 Pa时，击穿场强急剧下降。电极表面的绝缘杂质、电极表面与电机绝缘的金属、非金属微粒都是很强的场致电子发射点 [ 3 ]。 真空绝缘是基于空气击穿放电的机理，不同于固体或液体绝缘，因其本身的“真空”，缺少足够的可以移动的离子，也不会受到材料老化影响，不会受到机械，热，化学，湿度、辐射等因素的影响，这是在应用时的天然形成的许多优点，正是基于这些优点，分析认为更符合在空间环境中应用的高电压电子产品，结合具体的产品上，将真空绝缘作为一种绝缘方式进行试验验证。
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user: 3. 真空绝缘的应用和验证 在国外的航天电子产品耐高压绝缘设计中，也曾采用真空绝缘的方式，比如：应用与空间地球观测任务的ERS-C波段雷达，工作电压为15 kV DC和2 kV DC。高压产品的结构设计入图2所示。在元器件的焊接方面，采用近似球形表面的焊点，有利于减少电极表面的场强分布，这类焊点被叫做“高压焊点”。图3是ECSS-E-HB-20-05A中给出的高压焊点的实例。 在前文的理论分析中，电极之间放电都是在一定的空间条件下的放电机理，对于在同一平面上的两个电极之间，除了要考虑电极之间的距离与气压的关系之外，表面的爬电是一个不可回避，且是个比较重要的问题。基于真空的绝缘设计首先要确保不同电极之间表面的洁净，洁净的表面可抑制绝缘体表面粒子吸附，避免在电场下形成可移动粒子，进而产生电荷碰撞产生的闪络放电；严重的污染本身也会导致沿界面的爬电而导致击穿。因此，保证带电体表面的洁净无污染是真空绝缘强度得到保证的前提条件。基于真空的绝缘防护工艺重点就是确保带电体表面的洁净无污染。工艺的实现首先要对需高压绝缘防护的产品进行比较彻底的清洗，利用不同的清洗剂来针对不同属性的污染物进行清洗。目前比较成熟的清洗工艺是无水乙醇清洗和掺有皂化剂的去离子水清洗。清洗后，防止后续装配过程中造成的二次污染也是关键。 图2. 国外某航天电子产品的高压结构设计 [ 4 ] 图3. 采用球形焊点焊接的实例 [ 5 ] 在某型号的高电压产品研制中，产品输出最高电压超过1500 V，测试电压3000 V，为典型的航天高电压产品。产品中用到了TO-254封装的高压整流器件，见图4(a)所示，电极与电极之间的距离1 mm左右，电极之间的电压差约600 V，在高真空条件下，按照表1推算，真空保守应用绝缘能力约为1~10 kV/mm，具备采用真空绝缘的条件。在导线连接时，焊点采用了高压焊点工艺，焊接后的整流桥经过去离子水清洗工序，可以保证焊点和电极表面干净无污染，见图4(b)所示。由于整流桥组件只是产品高压的一部分电路，该组件还需要装入机箱内部，然后在完成其他的装联工作。电装完成后还要经历长时间的地面存储、环境试验等工作，在这些过程中，已经得到清洁的表面是否可以得到很好的防护，是真空绝缘能力的保证。 在工程实践中，通过对现有的涂覆材料性能和工艺特点对比，选用了清洗后的组件整体进行了真空气相涂覆工艺，涂层材料为Parylene材料，Parylene是美国军事标准MIL-46058C电路板防护材料中唯一一种固态涂料，是上世纪六十年代中期美国联合碳化物公司开发的一种新型敷形涂层材料，它是一种多分子聚合物。Parylene涂层用独特的真空气相沉积工艺制备，即在真空条件下，对二聚体原料在180℃以上加热升华为气态，再经700℃左右高温裂解成单体自由基分子，单体分子进入沉积室后遇冷(室温)在被涂覆产品表面重新聚合，由活性小分子在基材表面“生长”出完全敷形的0.1 um至200 um的大分子的聚合物薄膜涂层，它能涂敷到各种形状的表面，包括尖锐的棱边，裂缝里和内表面。这种薄膜涂层具有厚度均匀、致密无针孔、透明无应力、不含助剂、不损伤工件、具有优异的电绝缘性和防护性 [ 6 ]。该工艺的实施保证了电极表面以及电极之间的表面对污染防护。 在产品的工作温度范围内，Parylene涂层化学性能稳定，材料的质损(TWL)小于0.12%，可凝挥发物(CMV)小于0.01%，产品进过预除气处理，在各项环境试验中，表现良好，各项性能指标满足产品的需要。因此Parylene是首选的真空绝缘的涂覆材料。 基于真空气相涂覆的均匀性和致密性，对焊接清洗后的整流组件进行了Parylene C涂覆，通过以往的涂覆经验和试验摸底，将应于真空绝缘的电极表面涂层的厚度设计为20 μm左右。 高压组件试件按照真空气相沉积工艺流程，采用PDS2060VPC真空气相涂覆机进行真空气相沉积Parylene C涂覆，将Parylene材料的均匀的涂敷在整体组件的表面。 见图4(b)所示。通过体视显微镜检查，涂层均匀致密，表面无针孔、裂纹等缺陷，通过对陪样的剖切检查，薄膜连续性和厚度达到了设计要求。 图4. 高压元器件真空绝缘预处理前后图片 在试验验证过程中，对经过真空气相沉积工艺处理的电路，进行了不同气压条件下的耐电压测试，低气压条件下(9000~100 Pa)，试验件低气压下放电的起始气压均在500 Pa左右，击穿发生前的耐受时间超过30 min；在小于100 Pa的条件下，未出现放电现象。高压模块试件经500次循环的高低温冲击试验后，元器件电极位置涂覆层未发现膜层起泡、脱落等现象，膜层耐压未发生变化。 经过同样工艺进行真空绝缘处理型号产品，按照产品规定的试验项目开展了全部的环境试验，在各项环境试验中表现稳定，特别是真空(低真空)条件下，未发生绝缘击穿和放电现象，性能稳定，在1000 h热真空加电试验中工作正常，可以长期持续工作。满足了产品的性能指标要求。 同时，在工程应用时，有一些“间接影响”需要进行考虑： a) 对于需要密封保压的产品，压力条件可以随时间改变。密封的泄漏可能随着时间的推移而使产品内部达到临界低气压。 b) 真空下的材料的表面排气会引起与局部低气压，除气效果随着温度上升和在真空中长时间暴露而衰减，这通常会使绝缘强度的改善。
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user: 4. 真空绝缘适用性要求 通常，在航天产品的实际工况下，深空环境几乎不会存在带电粒子，带电粒子的平均自由行程也远远超过电极间距。因而“真空”是非常好的绝缘体 [ 2 ]。 然而在大多数情况下，这种高真空是不存在的，气体原子和带电粒子可能有以下几种来源： a、附近材料的出气作用； b、附近表面的附着气体； c、元器件内部残存空气； d、绝缘中充满了气体的空洞； e、航天器的气体泄漏； 这些污染会带来起晕电压沿Paschen中的高真空侧向最小电压点处变化，优良的设计和生产过程控制可以使上述大部分因素最小化。对于毫米或厘米范围内的典型间隙，临界压力在1 Pa至1000 Pa的范围内 [ 6 ]。 因此作为空间应用，真空绝缘的条件必须满足任何条件下的电极之间(附近)的气压应小于1 Pa。经调研，在国外的航天电子产品耐高压绝缘设计中，采用真空绝缘有成功的案例，而且在相关标准中也给出了设计和实施的指导。ESA高压设计标准ECSS-E-HB-20-05A《High voltage engineering and design handbook》，给出了固体或真空绝缘防护设计依据，如表1所示： Table 1 Maximum electric field strength of electrical insulation [5 最大电场强度E max E max 的典型安全适用范围 备注 1~2 kV/mm 大气环境 5~8 kV/mm 高等级绝缘或气体加压绝缘(SF6) 0.5~2 kV/mm 固体绝缘材料(AC) 1~10 kV/mm 液体绝缘材料(DC) 5~20 kV/mm 固体绝缘材料的薄层(电容器的电介质) 0.3~0.6 kV/mm 有放电路径的固体绝缘 1~10 kV/mm 真空绝缘 表1. 电气绝缘的最大的电场强度取值表 [ 5 ] 依据NASA高压设计资料PD-ED-1202《High Voltage Power Supply Design AND Manufacturing Practice》，给出了固体或真空绝缘防护设计依据，如表2所示： Table 2 High-voltage power supply design criteria [4 物理布局 电压分区(独立的高压和低压部组件) 隔离的地(为已知的电流提供通道) 电压抑制(限制高电压信号串入低电压电路) 电场 固体绝缘： DC场强 50 V/mil AC场强 10 V/mil 表面爬电 8 V/mil 空气或真空间距 20 V/mil 出气 每1000 cc封闭空间应设计大于2 cm 2 出气孔(屏蔽和射频型号例外) 表2. 高压电源设计准则 [ 4 ] 为了避免真空绝缘中出现的绝缘材料污染物挥发造成的局部低气压和微粒引发的击穿效应，避免污染也是关键环节之一。污染是绝缘体表面绝缘强度降低的主要因素。汗渍、油污、灰尘的存在，会加剧表面爬电现象的产生，降低绝缘物质的介电强度。被污染的电极的击穿电压比单纯材料或合金材料电极的击穿电压要低，根据污染程度的不同，击穿电压可能会相差一个数量级 [ 2 ]。在空间环境下，带电放射性粒子、紫外辐射和污染颗粒会造成另一种污染，都会影响气体的起晕电压和击穿电压 [ 7 ]。电装后保证电路板以及元器件、焊点的洁净度，可以明显提高绝缘强度，降低击穿现象的发生。因此，在应用真空绝缘时，避免裸露金属表面的污染、控制材料的出气量是较为关键的因素。
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user: 5. 结论 真空绝缘是利用真空条件下不存在或微量存在粒子，而避免在一定的电场作用下形成的带电粒子移动而导致电流放电，从而达到绝缘的目的。该绝缘方式不同于固相、液相和气相的绝缘机理，对于航天电子产品的特殊的外层空间工作条件，真空绝缘机理可以得到充分的利用。在真空绝缘实施过程中，为了保证电极表面的“洁净”，通过对表面采用了真空气相沉积工艺，在表面形成一定厚度的Parylene材料的涂层防护，避免了电极表面的粒子放电，阻止电极之间表面爬电的条件，通过试验验证，获得了较理想的真空绝缘性能，满足了产品的实际应用。实践证明，利用Parylene材料进行配合真空绝缘的实施，在工程上是一种新的有效的绝缘方式的尝试。
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user: 摘要 研究材料的剪切模量与摆长及在外力作用下的扭转角之间的关系。通过剪切模量和转动惯量实验测量不同扭转角度、不同长度钢丝的扭转振动周期以研究扭转角和摆长对实验结果的影响。使用origin软件对测量数据进行分析，得出钢丝扭转角大于300˚时能保证良好的实验测量精度。
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user: 1. 引言 剪切模量是在材料弹性限度内剪切应力与剪切应变的比值，它是度量材料的力学性能重要指标 [ 1 ] 之一。钢丝的扭转角度、扭摆摆长和剪切模量之间的关系是普通物理中的重要力学关系。钢丝的剪切模量会随着扭摆摆长(或扭转角度)变化而变化，当摆长(或扭转角度)小于(或大于)某一长度(或某一角度)，其测量值接近于某一定值即为此种钢丝的剪切模量理论值 [ 2 ]。本文通过测定不同长度的钢丝下悬挂的圆环、不同扭转角度的振动周期，计算对应角度的剪切模量 [ 3 ]，利用origin软件绘出钢丝剪切模量和扭转角度及摆长之间关系的一簇曲线分析研究钢丝的扭转角度与摆长对实验结果的影响 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]。本实验改进传统的实验装置，在扭摆的上部固定一个刻度盘，刻度盘上有0˚~720˚的刻度，以便更好的把握扭转角度，同时总结出扭转角大于300˚时测出的数据更接近于理论值。
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user: 2. 实验原理 实验扭摆结构如图1所示，刚性圆环横向放置在抓手上的方式如图2所示。如果将刻度旋钮围绕中心轴旋转一定角度 ϕ 0 时，迅速将其再扭回原点，抓手就会受到钢丝弹性扭转力矩M的作用而作周期性振动，这就构成一个扭摆。 假设现有一个具有弹性的长方体体积元，如图1。(1) 剪切力 设弹性固体的一个长方形体积元，顶(底)面积为A，它的顶面固定，在它底面上作用着一个与顶面平行而且均匀分布的切力F (即剪切力)，在力F作用下，两个侧面将转过一定角度 α 为剪切角。在 α 较小情况下，作用在单位面积上的切力F/A与剪切角 α 成正比。(1)式中， F A = G α (1) G为剪切模量，表示材料抵抗剪切应变能力的常数，单位是N/m 2 ，G值越大，说明该金属材料受到外力时的剪切角越小。(2) 扭转力矩 如图2所示，体积圆周所受的扭转力矩dM为 d M = r α G ⋅ 2 π r d r = 2 π α G r 2 d r ，应力存在而产生的总力偶距M为 M = ∫ 0 R 2 π α G r 2 d r ，设圆柱体底部绕轴的转动角为 ϕ 0 ，而 α ≪ 1 ∘ ，弧长 s ≈ L α ， s = r ϕ 0 ，故有 M = ∫ 0 R 2 π ϕ 0 r L G r 2 d r = ∫ 0 R 2 π ϕ 0 G L r 3 d r = π G R 4 2 L ϕ 0 ，圆柱体内的弹性力矩为 M 0 与外加力偶距M平衡时， M = − M 0 ，可推出 M 0 = − π G R 4 2 L ϕ 0 ，令 D = π G R 4 2 L ， 则有： M 0 = − D ϕ 0 (2) 图1. 弹性固体切变示意图 shear principle formula is deduced 图2. 实验原理公式推导用图 (2)式中：D为所测钢丝的扭转系数，用 ϕ 0 表示钢丝在扭转振动中的角位移，抓手及圆环整个实验设 备对中心轴的转动惯量为 I 0 ，根据转动定律有 d 2 ϕ d t 2 + D I 0 ϕ = 0 ，它的振动周期应是： T O = 2 π I 0 D 得出： G = 8 π L I 1 R 4 ( T 1 2 − T 0 2 ) ，测量出圆环水平放置在抓手上的扭转周期T 1 和爪上无负载时的周期T 0 ，根据转动 惯量定理，剪切模量的测量公式可写为： G = 8 π L R 4 I 1 T 1 2 − T 0 2 = 4 π L m R 4 r 1 2 + r 2 2 T 1 2 − T 0 2 (3)
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user: 3. 实验方法 3.1. 实验准备 如图3所示，本实验通过自制角度盘测量钢丝的扭转角度，角度刻盘制作过程如下：在硬纸板上画半径大小不相等的两个同心圆；将圆心角等分成均匀的12份，每个角30度做出标记；将两个同心圆分别裁剪下来，取圆环部分，制作成本实验所需的角度刻盘。实验前对仪器进行调试、预热，并测量圆环的厚度、内外直径，钢丝的直径、长度和不同扭转角度的周期、扭摆空载周期等相关参量。 图3. 自制角度盘外观图 3.2. 实验过程 (1) 圆环质量(m/g)：测得质量平均值m = 551.41 g；(2) 圆环内径(d 1 /cm)：测得内直径平均值 d ¯ 1 = 7.94   cm ；(3) 圆环外径(d 2 /cm)：测得外直径平均值 d ¯ 2 = 10.95   cm ；(4) 圆环厚度(d r /cm)：测得厚度平均值 d ¯ r = 1.62   cm ；(5) 钢丝直径(2R/mm)：测得钢丝的直径平均值为0.400 mm；(6) 钢丝不同长度下，扭转周期和剪切模量，以钢丝扭转长度L = 40.0 cm时为例，实验时，逐渐增大扭转角度，增大梯度为30˚。记录抓手空载和横载时扭转10个周期所需时间，计算出扭转周期的平均值，记入表格中，再利用公式计算出钢丝的剪切模量。将钢丝的扭转角度和所计算的剪切模量数据输入origin软件，得到二者关系曲线如图4所示，图4中横轴 θ 为钢丝的扭转角度，纵轴G为剪切模量。 图4. 扭摆长度为50.0 cm时，扭转角度与剪切模量关系图 从图4可看出，随着角度从30˚逐渐变为360˚过程中(变化梯度为30˚)，钢丝的剪切模量从大到小逐渐变化，最后趋于稳定的现象。用同样方法测量钢丝扭转长度L = 40.0 cm、60.0 cm、70.0 cm、80.0 cm时，扭转角度对应的周期及剪切模量，通过绘图软件分析其变化趋势。
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user: 4. 实验结论 把不同扭转角度对应的切变模量趋势图绘制在同一坐标系中如图5 (横轴 θ 为钢丝的扭转角度，纵轴G为剪切模量)： 图5. 不同扭摆长度下细钢丝的扭转角度和切变模量之间关系图 由图5看出：随着钢丝扭转角度逐渐加大，所测得的剪切模量小角度时以较快的速度变小，当钢丝的扭转角逐渐增大并大于300度时，剪切模量的测量值在7.8 × 10 −10 N∙m −2 上下波动，且随着钢丝的扭摆长度从小到大变化，剪切模量的变化范围逐渐变小；当扭摆长大于60.0 cm，小于70.0 cm时，小角度波动也不是很大，从0~360度范围内基本在理论值附近波动。随着摆长增加，扭转角度必须增大，才能更接近理论值7.8 × 10 −10 N∙m −2 ；摆长在60.0 cm~70.0 cm时测得的剪切模量比较接近理论值7.8 × 10 −10 N∙m −2 。 本实验结果表明，钢丝扭摆长度和扭转角度对实验结果有较大的影响，钢丝的扭转角度需大于300˚、扭摆长度需大于60.0 cm且小于80.0 cm，才能得到较好的测量结果 [ 7 ]。对确定长度的钢丝，其扭转角度由小变大时，较小角度测得的剪切模量比较大角度时的相应值下降的快，表1是不同摆长、不同剪切模量的转折角(注：由小角度下降较快到大角度在理论值7.8 × 10 −10 N∙m −2 附近波动的转折角度称为“剪切模量转折角”)： 从表1可看出，摆长在60.0 cm~70.0 cm之间的值更接近剪切模量的理论值，从而说明扭转角多大于300˚，摆长60.0 cm~70.0 cm之间能取得更好的实验效果。
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user: 5. 实验分析 本实验的系统误差包括量具本身的不准确和计时器的量化误差，如自制刻度盘、米尺、游标卡尺、千分尺、水准仪、多功能数字式计时器等。测量的随机误差是本实验的主要误差，相应的分析计算为：若用 δ 表示随机误差，即 δ i = x i − x ¯ 0 ，式中x i 表示测量值，本实验中为剪切模量的值G i ， x ¯ 0 表示测量无限次平均值之差，这里可以用理论值 G 0 = 7.8 × 10 − 10     N ⋅ m − 2 代替。以钢丝长度 L = 50.0   cm ，扭转角度300 度~630度多区间的剪切模量为例，单位为(10 −10 N∙m −2 )，则其方差为： δ 2 ( x ) = 1 n ∑ i = 1 n ( G i − G 0 ) 2 = 0.0120 ， 方差 表示以钢丝长度 L = 50.0   cm 、扭转角度300度~360度区间的剪切模量随机误差的离散程度。剪切模量的标准差为： δ ( x ) = 0.1095 有限次(如 N = 7 次)剪切模量算术平均值和标准差计算： G ¯ = G 1 + G 2 + ⋯ + G N N = 7.733 ，实验标准差为： s ( G ) = 1 N − 1 [ ( G i − G ¯ ) 2 ] = 0.094 ，算术平均值标准差的估算值为： s ( G ¯ ) = s ( G ) N = 0.0355 。钢丝其他长度误差计算可以用同样方法进行，但误差离散程度须是比 较小的，在可接受范围内 [ 8 ]。 Table 1 The turning angles when the pendulum lengths and shear modulus are differen 序号 钢丝摆长L/cm 剪切模量转折角θ/(˚) 剪切模量转折角后的平均值 G/(10 −10 N∙m −2 ) 剪切模量理论值G/(10 −10 N∙m −2 ) 1 40.0 300 7.55 7.8 2 50.0 300 7.73 3 60.0 300 7.83 4 70.0 300 7.83 5 80.0 300 7.84 表1. 不同摆长、不同剪切模量时的转折角
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user: 6. 结语 通过使用剪切模量和转动惯量实验，测量不同扭转角度下、不同长度钢丝的扭转振动周期以研究扭转角和摆长对实验结果的影响。使用origin软件对测量数据进行分析，最终得出钢丝扭转角大于300˚时保证良好的实验测量精度。
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user: 课题名称 教育部高等学校大学物理课程教学研究立项项目(DJZW201934xn)；六盘水师范学院《热学》精品课(LPSSYjpkc201605)；六盘水师范学院大学生项目(LPSSYDXS19077)；六盘水师范学院硕士学位培育点学科建设项目(LPSSYSSDYPY201704)；关于混合式教学模式下的大学物理课程教学实践和应用(2018520116)；六盘水师范学院大学生项目(LPSSYDXS19078)。
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user: 摘要 新型冠状病毒(COVID-19)肺炎疫情全球流行，不仅对人民群众的身体健康和生命安全造成了重大损害，而且对人民群众的日常生活和疾病诊治产生了严重影响。作为疫情后方非定点医院的普通外科，如何既有效预防院内交叉感染、避免聚集性疫情事件发生，又积极开展危急重症患者手术救治，是我们当前面临的严峻考验。阑尾周围脓肿作为一种急腹症，在保守治疗无效情况下，传统手术方式是穿刺置管或切开引流、二期切除阑尾。本文结合一例60岁老年患者的腹腔镜阑尾周围脓肿手术治疗体会，探讨COVID-19疫情期间的隔离防护及腹腔镜阑尾周围脓肿术式选择，以期为疫情期间普通外科危急重症救治提供借鉴。
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user: 1. 引言 2019年12月新型冠状病毒(COVID-19)肺炎疫情发生以来，全国各级医院迅速行动起来，众志成城、共抗疫情。在严格防控COVID-19疫情的同时，如何开展威胁患者生命安全的急腹症的急诊手术救治，需要引起重视。传统观点认为急性阑尾炎形成阑尾周围脓肿后，先保守治疗控制炎症，3个月后行手术治疗。然而，如果阑尾周围脓肿病情进展难以控制，急诊手术则不可避免。征得患者知情同意，本文报道COVID-19疫情严峻期间一例阑尾周围脓肿患者的急诊手术体会。
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user: 2. 病例资料 患者男性，60岁，因“腹痛7天，加重伴发热1天”于2020年2月25日急诊入院。患者7天前突发上腹部胀痛，伴恶心，无呕吐，不伴右肩背部放射痛，自服“消炎利胆药”，疗效不佳。1天前腹痛加重，为持续性胀痛，以右下腹为著，伴发热(体温37.8℃)，无腹泻。就诊于我院发热门诊，胸部CT报告双肺纹理略重，双肺少许慢性炎症改变，结合患者无疫区、疫情接触史，初步排除COVID-19病毒肺炎后，转急诊外科，腹部CT显示胆囊多发结石、回盲部团块状不规则软组织密度影，其内可见结节状致密影，见图1(A)、图1(B)。经医院COVID-19疫情专家组批准，以“阑尾周围脓肿、急性粪石性阑尾炎、胆囊结石”收住院，入住普外科单间隔离病房。既往有胆囊结石病史10年，经常腹痛发作，服“消炎利胆药”后缓解。入院查体：右上腹无压痛、反跳痛，Murphy氏征阴性，右下腹压痛明显、可扪及一个约10 × 10 cm大小的包块，质韧、欠光滑、不活动。入院后辅助检查：腹部B超显示右下腹不规则包块、边界欠清晰、内部回声欠均匀、部分低回声；血常规提示白细胞17.5 × 10 9 /L (参考值3.5~9.5 × 10 9 /L)、中性粒细胞比例81.1% (参考值40%~75%)、淋巴细胞比例10.5% (参考值20%~50%)；血高敏C反应蛋白82.64 mg/L (参考值0~3 mg/L)。经过积极术前准备，在患者签署“医院应对COVID-19疫情手术筛查表”、承诺非疫区接触后，在做好手术房间、用品、人员二级防护(穿防护服、戴外科口罩或医用防护口罩、护目镜、工作帽、鞋套)措施前提下，急诊行腹腔镜探查，术中见盲肠右侧有黄白色脓液(图1(C))，吸出约200 mL，阑尾根部充血水肿严重、未见坏疽(图1(D))，阑尾体部、头部周围形成包裹性肿块(图1(E))，予以逆行阑尾切除、清除阑尾周围感染灶、阑尾根部荷包缝合包埋(图1(F))，然后顺便切除胆囊(术前已签署知情同意书)，阑尾术腔置放双腔引流管一根经右下腹壁戳卡孔引出，术毕将病理标本放入双层标本袋密封后送检，医疗废物放入双层医疗废物袋密封后处置。术后安返普外科原单间隔离病房，予以输液、抗感染、对症治疗。术后前3天腹腔引流液每天10~25 ml，术后第4天血常规提示白细胞12.7 × 10 9 /L、中性粒细胞比例74.1%、淋巴细胞比例17.3%，血高敏C反应蛋白21.67 mg/L。术后第7天各项检验指标恢复正常，未见腹腔引流液，予以拔除腹腔引流管，解除隔离病房观察。术后病理报告：阑尾头部粘膜出血、坏死、急性炎细胞浸润，见图1(G)；胆囊壁慢性炎症，见图1(H)。术后第8天康复出院。随访半年，患者饮食、大便正常，无任何不适。 图1. 术前影像学检查、术中所见及术后病理检查
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user: 3. 讨论 1. 新型冠状病毒肺炎疫情期间急腹症治疗原则 新型冠状病毒(COVID-19)肺炎具有传染性强、人群易感性高、潜伏期长、临床表现多样化等特点 [ 1 ] [ 2 ]。北京时间2020年3月12日凌晨，世界卫生组织宣布COVID-19肺炎全球大流行(pandemic)。作为疫情后方非定点医院的普通外科，如何在有效预防院内交叉感染、避免聚集性疫情事件发生基础上，积极开展危急重症患者手术救治，是摆在我们面前的一道难题 [ 3 ] [ 4 ]。急腹症作为一种普外科常见、多发疾病，由于病情进展快、变化多、治疗方式多样化，围手术期感染COVID-19疫情风险高，因此需要格外重视。对于危及患者生命安全的急腹症患者，如急性梗阻性化脓性胆管炎，应尽早急诊手术治疗，并根据病情需要首选微创手术。对于生命体征平稳、适于保守治疗的非紧急情况急腹症患者，如急性单纯性阑尾炎，可适当安排保守治疗，但应严密观察病情变化，及时调整治疗方案。对于保守治疗效果不佳，如肠梗阻，或患者及家属手术意愿强烈的患者，在充分沟通与排查COVID-19疫情后，可按照新冠肺炎期间手术流程进行手术治疗 [ 5 ]。 2. COVID-19疫情期间急腹症围手术期防护 1) 术前防护：入院时仔细询问及记录患者是否有COVID-19疫区居住或旅游、疫情接触史，术前常规胸部CT检查，排除无症状COVID-19肺炎感染者。尽量安排患者在单人单间隔离病房，按飞沫和接触传染隔离管理，限制其活动区域，缩小污染范围，避免交叉感染。隔离病房需要设置在一个相对独立的空间，最好是负压病房，如无负压病房，应设置具有良好通风环境的病房作为隔离病房。加强病房日常管理，减少患者家属陪护，取得家属理解。 2) 术中防护：在患者签署“医院应对COVID-19疫情手术筛查表”、承诺非疫区接触后，经医院COVID-19疫情专家组再次认真审核、批准后方可手术。对于非新冠肺炎患者的手术，患者与医护人员均按常规方案与流程进行，手术人员执行二级防护措施。对于必须手术治疗的疑似或确诊病例，应安排在特定的独立负压手术间进行手术，尽量减少参与人员，手术人员严格执行三级防护措施(穿防护服、戴医用防护口罩、防护面屏、护目镜、工作帽、鞋套) [ 5 ]，术中轻柔操作以免体液飞溅，术中严格避免锐器伤。术毕手术器械和医疗废物应做好标示、分类及统一隔离处理，手术间进行彻底消毒。 3) 术后预防：术后患者应做好个人防护，佩戴口罩。实行加速康复外科，鼓励术后早下床活动，加强咳嗽、咳痰，缩短住院时间，以减少手术对患者免疫系统的影响，降低COVID-19肺炎发生几率。加强病房通风，减少陪护人员，做到陪护人员固定。手术后发热是常见的临床症状，若患者出现发热，应密切监测体温，及时完善血常规、高敏C反应蛋白、降钙素原等检查，必要时行动态胸部CT检查；若仅考虑为术后反应性发热，可对症处理后继续随访观察；对于疑似新冠肺炎患者，应按照最新版《新型冠状病毒肺炎诊疗方案》处置。 3. COVID-19疫情期间阑尾周围脓肿的腹腔镜手术选择 阑尾周围脓肿是普外科较为常见的急腹症之一，系因急性阑尾炎未得到及时救治，阑尾周围形成炎性包块、甚至脓肿而至。临床表现一般为间歇性右下腹痛、腹胀、腹膜刺激、全身感染中毒等症状。如果得不到及时有效救治，随病情发展，全身中毒症状加重，可导致感染性休克、威胁患者生命安全。 传统观点，急性阑尾炎病程超过3天易形成阑尾周围脓肿，通常主张先采取保守治疗控制炎症，3个月后行阑尾切除术。因为阑尾周围脓肿局部粘连和水肿严重，手术切除阑尾困难，并可能引起已局限的炎症扩散，甚至出现术后肠屡等严重并发症，既往被视为手术禁忌症。然而，保守治疗也有一定的局限性，不仅治疗时间长、炎症不易控制、脓肿吸收缓慢，而且具有引起炎症扩散、导致脓毒血症、甚至感染性休克风险。 目前认为，阑尾周围脓肿急诊手术是安全可行的，手术适应证是保守治疗过程中脓肿持续增大、症状加重、脓肿破溃，手术以脓肿引流为主要目的，不强行一期切除阑尾。脓肿引流方式既可行B超引导下穿刺置管引流，也可行手术切开引流 [ 6 ]。 近年来，随着腹腔镜技术的成熟和普及，腹腔镜阑尾周围脓肿手术治疗也慢慢被大家接受 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]，手术方式应根据阑尾根部病变情况，如果阑尾根部未见坏疽，宜选择阑尾周围脓肿清除加阑尾切除；如果阑尾根部坏疽，应行阑尾周围脓肿清除加腹腔引流术(术腔放置双腔引流管，备术后引流)，不宜强行切除阑尾，以免术后阑尾根部发生肠瘘。腹腔镜阑尾周围脓肿手术的优势在于：一是创伤小，对肠管刺激较轻，对胃肠道干扰较小，可缩短住院时间，加速胃肠功能恢复；二是腹腔内探查全面，脓液处理、冲洗彻底，清除感染灶充分，从而降低腹腔残余脓肿、切口感染等并发症发生率。 本例患者COVID-19疫情期间突发急性腹痛，患者出于对医院高风险疫情的恐惧，未及时到医院就诊，自行根据胆结石病史服用“消炎利胆药”7天，从而延误了急性阑尾炎诊治，来院就诊时已经发生阑尾周围脓肿。考虑患者腹痛严重、发热、腹部CT显示阑尾粪石，在充分进行疫情排查、严格做好隔离防护基础上，予以急症腹腔镜手术探查，术中发现阑尾根部无坏疽，予以吸尽脓液、逆行阑尾切除、清除阑尾周围感染灶，常规荷包包埋阑尾残端。同时为了避免日后急性结石性胆囊炎反复发作，在术前签署知情同意书前提下，予以顺便切除胆囊，最大限度地消除患者慢病隐患。 该例患者术前排除该例患者术前排除COVID-19疫区、疫情接触史，术中做好严格标准预防，术后加强隔离防护，一方面成功实施了抢救患者生命安全的急症手术，另一方面有效避免了患者潜在的COVID-19疫情传播和扩散，为疫情期间的普通外科手术决策提供了良好借鉴。
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user: 摘要 本文详细介绍了常用单质耐热炸药三氨基三硝基苯(TATB)、2，2'，4，4'，6，6'-六硝基芪(HNS)，2，6-双(苦氨基)-3，5-二硝基吡啶(PYX)等的性能、合成工艺和优缺点。分三大类介绍了近5年来以苯环为母体的高温耐热炸药的研究进展，列举了具有良好应用前景的高温耐热炸药，如5，5'-二(2，4，6-三硝基苯基)-2，2'-二(1，3，4-恶二唑)(TKX-55)、2-氟-1，3，5-三氨基-4，6-二硝基苯(ZXC-8)、PYX的羟胺盐等。最后阐述了耐热炸药的研究现状。
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user: 1. 引言 耐热炸药是指经受长时间高温贮存后仍能有效起爆的一类炸药，这类炸药都具有较高的熔点或热分解温度点 [ 1 ]，一般熔点或热分解温度在300℃以上。因此通常简单地以熔点或热分解温度作为判断耐热炸药的依据，已被广泛应用于非常规油气开发和外层空间的探索中。随着航空航天和对非常规油气资源开采中安全需求的不断发展，对耐热炸药的要求也越来越高。国内外大量研究人员已对耐热炸药的合成及其性能进行了广泛的研究，追求在高热稳定条件下具有高爆轰性能的耐热炸药。1863年，Wilbrand报道了2，4，6-三硝基甲苯(TNT)的合成 [ 2 ] [ 3 ]，自此开启了人类合成单质炸药的新纪元。一代又一代的专家和学者通过不懈的努力，合成出大量的单质炸药。2015年，周杰文等指出，考虑其性能、成本等因素，常用的耐热炸药只有PYX、HNS、TATB [ 4 ]。本文仅对PYX、HNS、TATB三种耐热炸药和近五年来获得的热分解温度超过或接近300℃的耐热炸药进行了概括和总结，力求为今后设计和合成新型耐热炸药提供借鉴。
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user: 2. 常用耐热炸药 2.1. 1，3，5-三氨基-2，4，6-三硝基苯 Jackson等于1888年首次报道了用1，3，5-三溴-2，4，6-三硝基苯与氨的醇溶液反应制备1，3，5-三氨基-2，4，6-三硝基苯(TATB)的方法，这时TATB并没有被作为炸药来使用。随着对TATB性能越来越深入的研究，作为高性能耐热炸药越来越被人们所接受。TATB的密度ρ = 1.937 g∙cm −3 ，热分解温度T d = 375℃，爆速D = 7.85 km∙s −1 [ 5 ]。TATB也是非常钝感的，俗称“木头炸药”，特性落高H 50 ≥ 320 cm (2.5 kg)，有着非常重要的应用，如用作核武器起爆药和油气井开采用民用射孔弹等领域。按所取原料的不同将TATB的合成划分为含氯TATB (包括含溴)和无氯TATB两种合成方法。 早期的TATB合成都是采用含氯(溴) TATB的合成方法，以均三氯苯(或均三溴苯)为原料，经高温硝化制得中间体1，3，5-三氯-2，4，6-三硝基苯(或1，3，5-三溴-2，4，6-三硝基苯)，再将中间体与氨的醇溶液反应得到产物TATB。由于TATB中含有少量含氯(溴)等副产物 [ 6 ] [ 7 ]，TATB的溶解性又非常差而难以除去，导致TATB纯度不高，稳定性较差。 为解决TATB中含氯化合物对其热稳定性的影响，Mieczyslaw Makosza [ 8 ] 等于1987年采用VNS成功合成了具多胺基多硝基的芳香化合物TATB。所采用的原料非常易得，工艺简单，反应条件温和，但合成成本加大 [ 9 ]，合成路线如图1。 图1. TATB合成路线 2.2. 2，6-双(苦氨基)-3，5-二硝基吡啶 2，6-双(苦氨基)-3，5-二硝基吡啶(PYX)的热分解温度达到360℃ [ 10 ]，特性落高为63 cm (2.5 Kg落锤)，密度为1.77 g∙cm −3 ，爆速也达到7450 m∙s −1 。国内外都采用以苦基氯和二氨基吡啶为主要原料经缩合、100%硝酸硝化等反应来制备的，合成路线如图2 [ 11 ]。PYX为针状晶体 [ 12 ] [ 13 ]，成形性差，起爆感度低。国外采用DMSO为溶剂，重结晶制备立方体、球形晶体，能改善成形性和起爆感度。国内使用浓硝酸进行重结晶，由于PYX成形性及感度的缺陷，目前仅被用于石油射孔弹等领域。 图2. PYX合成路线 2.3. 2，2'，4，4'，6，6'-六硝基芪 2，2'，4，4'，6，6'-六硝基芪(HNS)，密度1.74 g∙cm −3 ，热分解温度为318℃，黄色晶体，爆速7240 m∙s −1 ，是一种性能较好的耐热炸药。HNS可与其他粘结剂制成新型混合炸药，炸药威力得以提高。由于HNS良好的起爆性能和较好的成形性，使其广泛应用于航天火工品，军民用导爆索，射孔弹、TNT晶型改进剂等领域 [ 14 ]。1964年，Shipp等 [ 15 ] 首次报道了用溶解于四氢呋喃-甲醇混合溶液中的TNT与碱性次氯酸盐水溶液反应制备六硝基茋的合成方法。该方法具有操作简便，反应迅速等特点。但是产物收率较低，且溶剂不易回收，致使该方法制备六硝基茋的合成成本较高。E.E.Gilbert等 [ 16 ] 于1980年又报道一种六硝基芪的合成方法，该方法主要分为两步：第一步以NaClO溶液为氧化剂，氧化TNT制得2，2'，4，4'，6，6'-六硝基联苄(HNBB)；第二步在极性非质子性溶剂(如二甲亚砜，N，N-二甲基甲酰胺等)作用下，氧化HNBB制得HNS。陆明 [ 17 ] 等对上述合成方法进行了改进，他们以苯和吡啶为溶剂，以液溴作为氧化剂来制备HNS，合成路线如图3。“两步法”的成本较低，收率提高，但对环境的污染加大。 图3. HNS合成路线
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user: 4. 结论 由于芳香环特殊的不饱和环状结构，多硝基芳香族化合物具有较好的热安定性。近年来，随着航空航天和地下开采技术的发展，开发具有更好的热稳定性新型耐热爆炸材料是现代军事和民用领域的研究热点，目前大多耐热炸药还处在实验室的科研阶段，存在着生产成本昂贵、工艺复杂、对环境污染较大等问题，无法工业化生产。因此，科研工作者仍需对单质耐热炸药进行各方面的深入研究 [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]，以取得更好的成果。
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user: 1. 引言 随着信息化、智能化时代科技发展，高等教育不再是“模具式”工厂批量生产，如何激发学生内导的学习动机，让学生主动参与到学习过程中，并能主动接受教育并能在受教中找到人生职业的未来走向，逐渐成为高等教育研究中的热点问题。同时国家和社会对于个体能力的要求也不断提高，其中，创新能力作为当代个体成功、社会繁荣的重要基石，备受关注。党的十九大报告也明确提出了建设创新型国家的战略目标，其中创新人才是该目标的核心要素。学界普遍认为大学的管理机制、教育体系，特别是教育体系中课程体系设置、教师队伍建设、教育技术推广以及基地建设等软、硬件环境对于创新能力培养具有重要意义，这其中管理机制、课题体系设置、教育技术等的创新改革都是创新教育的主要研究内容。作为国防科技人才的主要培养力量，军队院校在经历了“合训式”人才培养的基础上，逐渐开始推进基础教育 + 任职培训的两段式军事技术人才培养模式[ 1 ]，如何实现基于不同背景基础学科的岗位任职需求培训，并保证高质量的科学素养和贴近实战的战训实践能力，是这种新型任职培训教育的主要要求。
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user: 2. 任职培训课程体系及背景 2.1. 任职培训教育背景 任职教育是指在一定学历教育基础上，为适应特定军事岗位任职需要而进行的专门知识、专门能力和职业素养教育的实践活动，是军事高等教育体系的重要组成部分，是不断提高受教育者素质的重要培训模式。为适应世界新军事变革的发展，建设信息化军队，打赢信息化战争。军队建设方向的转变，战争力生成模式的转变，对军事人才特别是指挥军官的知识能力素质提出了更高的要求。顺应部队军事训练转变的要求，优化人才培养整体设计，是提高人才培养质量的重要保证，也是当前军队院校需尽快研究破解的时代课题[ 1 ]。随着未来战争向智能化、无人化、精确化、隐身化方向发展，对能够熟练运用智能无人作战系统装备的无人作战领域专门人才需要越来越迫切。面向我军现实和未来无人作战部队建设和发展的需求，我校于2017年秋季开始招收无人机技术与保障首次任职培训专业学生，按照学历教育第四年模式进行培养。 任职培训需求很明确，参训学员学习态度积极主动，但也存在重能力、轻知识，重结果、轻过程，重实践、轻课堂的现象。在任职培训课程体系中，专业综合实践课开设前都应设置专业基础课，对全体参训学员进行专业基础的“补习”或“复习”，并在专业基础课上进行基于模块知识的优化重组，不再局限于原始教学逻辑顺序，实现基于需求要素的教学内容重组。培训内容应突出任职岗位的定向性和现实需求，紧密结合部队岗位的任职需要，以适应任职岗位为准则，以培养第一岗位任职能力为重点，满足其对知识、技能的需求，为岗位任职打下良好的基础。 2.2. 任职培训课程体系 笔者所在学院承担无人机相关专业的任职培训教育，着眼以无人机为代表的无人作战新型作战力量发展，适应无人机操作员、载荷操作员、通信管理员、任务规划员、指挥控制员、情报处理员以及维护保障员等7类岗位需求，构建无人机技术基础课程群、无人机作战运用课程群、首次任职专业一级项目等3大系列课程群，建立夯实首次任职能力、满足备战打仗要求的实践教学基地和部队联教联训基地，实现实装认知、实装操作与实装演训的联教联训共同育人机制，将无人系统科研成果融入教学资源，实现理论授课与创新实践的有机统一，以岗位需求为牵引，以智能为核心，按照无人作战“观察–判断–决策–行动”(OODA回路)开展课程体系和教学内容优化，建立“上下联动贯通”(向下兼容多个信息类背景专业，向上适应无人机7类岗位需求)的无人机技术与保障专业课程体系，以期完成“基础构建–技能锤炼–实战实训”的阶段递进式培训教育。