图1 橡胶结构式
Fig.1 Structural formula of rubber samples
摘要 C4F7N混合气体凭借良好的电气性能以及较低的温室效应潜在值近年来备受关注。然而，在C4F7N及其混合气体投入实际使用以前，其与气体绝缘设备内部密封材料的相容性仍需检验。目前虽然已有关于该气体与三元乙丙橡胶的相容性研究，但对于不同第三单体的三元乙丙橡胶与C4F7N混合气体的相容性对比以及气固相互作用机理的相关报道较少。该文选取ENB、DCPD两种第三单体的三元乙丙橡胶开展了其与C4F7N/CO2/O2混合气体的相容性实验，发现三元乙丙橡胶中的某些活性结构与C4F7N的CN基团之间存在反应，而通过涂覆硅脂能够有效阻隔气体与橡胶表面的接触，减少C4F7N的分解。此外，在对比两种橡胶的实验结果后发现，ENB-三元乙丙橡胶相较于DCPD-三元乙丙橡胶更适合用作C4F7N混合气体的密封材料，其差异来自两种第三单体所能提供的交联效率不同。
关键词：环保型绝缘气体 C4F7N/CO2/O2 三元乙丙橡胶 相容性
SF6是一种具有出色的绝缘性能与灭弧性能的气体，在电力系统的气体绝缘设备中有着大规模的应用。但与此同时，SF6也是一种温室气体，其温室效应潜在值（Global Warming Potential, GWP）达到了CO2的23 500倍[1-2]，《京都协定书》明确将其列为六种主要温室气体之一。据统计，电力工业的SF6使用量占其年产量的80%以上。为构建绿色低碳的可持续能源体系，寻求环保型气体绝缘介质以逐步减少SF6的使用成为近年来的热点。
全氟异丁腈（C4F7N）被认为是最具替代SF6潜力的环保型气体，其GWP仅为2 090，臭氧消耗潜势值（Ozone Depletion Potential, ODP）为0，大气寿命为22年，且绝缘能力达到了SF6的2.2倍[3-4]。由于其液化温度较高（-4.7℃），因此需要与CO2、N2、O2等气体混合使用以满足工程应用最低温度的需求；C4F7N含量为18%～20%的C4F7N/CO2混合气体具有与SF6相当的绝缘性能[5-6]。此外，考虑到C4F7N在高能电弧的作用下易分解产生固体析出物，目前国外在针对气体绝缘全封闭组合电器（Gas Insulated Switchgear, GIS）的应用中加入了一定量的O2，以抑制固体分解产物的生成[7-8]。
对于新型的环保型绝缘气体而言，除了自身对环境友好以及优良的电学性能外，还需要与设备内部密封材料良好地相容。考虑GIS设备运行维护周期及设计寿命较长，若气体与密封材料存在不相容，一方面有可能使得密封材料被腐蚀，密封性能下降，出现气体泄漏；另一方面有可能导致绝缘气体分解。以上两种情况都会导致设备内部绝缘能力的下降，引发安全隐患。
目前，气体绝缘设备使用的密封材料主要有三元乙丙（Ethylene Propylene Diene Monomer, EPDM）橡胶、氟橡胶、丁腈橡胶等[9]，因气体绝缘设备中的SF6良好的化学稳定性[10]，国内外学者们对于绝缘气体与橡胶密封材料的相容性关注较少。对于C4F7N及其混合气体而言，美国的GE公司以及德国的西门子公司分别进行了C4F7N/CO2与高压设备以及气体绝缘金属封闭输电线路（Gas Insulated transmission Line, GIL）中相关材料的相容性实验[11-12]，实验后所检测出的气体纯度表明混合气体会与橡胶发生一定程度的反应。武汉大学周文俊团队开展了C4F7N与亚乙基降冰片烯（ENB）-三元乙丙橡胶的相容性实验[13]，发现在长期热老化下三元乙丙橡胶内部的交联剂将析出至表面并与C4F7N发生一定反应。广州供电局的张亚茹等专家研究了混合比为10%C4F7N/90%CO2与ENB-三元乙丙橡胶和丁腈橡胶的相容性，在120℃的温度下试验72h后发现两种橡胶的力学性能受影响较轻，且三元乙丙橡胶与混合气体的相容性要优于丁腈橡胶[14]。
实际上，三元乙丙橡胶是目前电力系统中使用最多的密封材料，根据除乙烯、丙烯外的第三单体的不同可分为ENB-EPDM、双环戊二烯（DCPD）-EPDM以及HD-EPDM。目前尚未有相关研究聚焦于不同第三单体的EPDM与C4F7N混合气体的相容性机理，有必要深入分析导致EPDM与C4F7N气体不相容的根本原因，并以此为依据改良或选择更加适合的密封材料。此外，鲜有针对C4F7N/CO2/O2与三元乙丙橡胶相容性的相关报道；同时，气体绝缘设备中常使用硅脂以提高密封界面的贴合度，进而增强设备的气密性[15]，因此在针对C4F7N与密封材料的相容性研究中有必要将硅脂作为变量加入实验中。
本文选取了两种橡胶（ENB-EPDM与DCPD-EPDM）与C4F7N混合气体进行相容性实验。首先测试了15%C4F7N-85%CO2、15%C4F7N-79%CO2-6%O2混合气体与两种EPDM的相容性，对比分析了O2对EPDM相容性产生的影响。其次，使用硅脂对橡胶进行了涂覆，测试了相关指标衡量其是否可作为提高橡胶与气体相容性的措施。最后，基于密度泛函理论（Density Function Theory, DFT）讨论了三元乙丙橡胶与C4F7N的相互作用机理，提出了相容性改良方案。相关研究成果一方面厘清了C4F7N与三元乙丙橡胶的相容性机理，另一方面为C4F7N气体绝缘设备密封材料的选型及研发提供了重要参考。
实验中所使用的三元乙丙橡胶型号分别为PG807与3-2-72，对应的两种第三单体为DCPD与ENB，均由国家电网平高集团有限公司提供。DCPD耐臭氧化性能优异，价格较低，而ENB的主要优点在于硫化速度快，硫化效率高。使用这两种第三单体制成的EPDM所对应抗拉强度、永久性变以及硬度等参数存在明显差异。两种三元乙丙橡胶的结构式如图1所示。
图1 橡胶结构式
Fig.1 Structural formula of rubber samples
实验中所使用的橡胶样品形状及参数如图2所示，其中方片状样品的厚度为0.8mm，边长为4mm，用于形貌表征与元素表征，用于压缩弹性模量测试与压缩永久变形测试的圆柱形样品尺寸参数选自GB/T 7759.1—2015[16]，直径为29mm，厚度为12.5mm。
图2 橡胶样品尺寸参数
Fig.2 Rubber sample size parameters
考虑到C4F7N的液化温度较高，因此在混合气体中所占比例需考虑使用最低温度的影响。已有研究表明[17]，对于C4F7N/CO2混合气体而言，当C4F7N的占比为15%，气压为0.14MPa时，该混合气体在满足最低运行温度为-25℃的同时，还能达到气压为0.12MPa（SF6开关柜中常用气压[18]）的纯SF6在稍不均匀场下的绝缘强度。此外，根据C4F7N/CO2/O2混合气体的击穿实验结果可知[7]，当O2的含量为6%，混合气体的绝缘强度最高且最稳定。基于以上几点，本文所使用的C4F7N与O2的比例分别为15%与6%，使用的气压为0.3MPa。
三元乙丙橡胶良好的耐热性能，可使其在130℃下长期工作[19]，因此，结合GB/T 2941—2006中给出的参考老化温度与时间[20]，选择85℃、100℃分别进行28天的热加速老化实验，研究橡胶与绝缘介质在不同温度下的相互作用并判断二者的相容性。
实验中使用的密封装置及夹具如图3所示，其中密封罐的容积为0.3L，耐压为0.6MPa。用于压缩永久变形测试的夹具高度H为9.375mm，保证圆柱形橡胶的压缩量为25%。
图3 实验装置
Fig.3 Experimental device
实验前，对密封罐、夹具以及橡胶样品使用无水乙醇擦拭，室温下干燥12h以后，实验组直接放入对应的密封罐中，硅脂对照组则在橡胶表面均匀涂抹硅脂后再放入密封罐，旋紧密封罐后，先将罐内抽为真空，后使用CO2进行洗气，重复三次以排除杂质气体对实验的影响。针对硅脂对照组，所使用的硅脂为6502高真空密封硅脂，使用温度范围为-40～+230℃，具有良好的电绝缘性能与化学稳定性。
热加速老化结束后，将密封罐取出，先抽取罐内气体注入气相色谱-质谱联用仪（Gas Chromatography-Mass Spectrometry, GC-MS）进行气体组分分析；之后再对密封罐进行抽真空处理，并根据GB/T 3512—2014[21]中的要求将密封罐静置共16h以使得橡胶的物化性质恢复稳定；最后再使用万能试验机Instron 5969、场发射扫描电子显微镜（Field Emission Scanning Electron Microscope, FESEM）以及X射线光子能谱分析仪（X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）对老化后的橡胶进行力学性能与化学性质的分析，通过这两种性质的变化综合判断C4F7N混合气体与橡胶的相容性。
为便于阅读，后文中所有C4F7N/CO2混合气体简称为二元气体，C4F7N/CO2/O2混合气体则简称为三元气体，橡胶A、B分别表示ENB-EPDM与DCPD-EPDM。
压缩性能对于密封橡胶圈而言是最重要的参数之一，进行压缩试验后的橡胶的压缩永久形变越小，压缩弹性模量越大，则表明该橡胶的密封性能越好[22]。本研究中橡胶A、B实验前的压缩弹性模量分别为10.156MPa、11.226MPa，实验后的压缩性能参见表1。
表1 实验后橡胶压缩性能参数
Tab.1 Compression properties of rubber after experiment
橡胶样品压缩弹性模量/MPa压缩永久形变（%） 85℃100℃85℃100℃ A-二元气体7.1227.12031.00838.688 B-二元气体10.0569.63114.84816.480 A-三元气体7.3257.25831.80839.328 B-三元气体9.0417.91915.96817.888
从表1中数据可看出，两种橡胶的压缩弹性模量均出现了明显的下降。其中橡胶A的压缩弹性模减小量为27.88%～29.89%，对比两种温度以及两种混合气体作用下的结果可以看出橡胶A的压缩弹性模量受不同实验条件的影响不明显。橡胶B的压缩弹性模量减小量为10.42%～29.46%，对于实验温度的上升而言，橡胶B的压缩弹性模量在二元以及三元气体中分别减小了3.79%与9.99%，而O2的加入则使得该性能在85℃以及100℃下分别减小了9.04%与15.25%，这一结果表明橡胶B受实验条件影响明显且O2在其中所起作用要大于实验温度。对于压缩永久形变而言，两种橡胶得出的结果差异较大。橡胶A的压缩永久形变量处于31.01%～39.33%，而橡胶B的压缩永久形变量仅为14.85%～17.89%，导致该差异的原因有可能来自两种橡胶中乙烯含量的不同，乙烯含量的提升可使得胶料强度提升，从而减小压缩永久变形[23]。从两种实验温度以及两种实验气体下得出的结果可以看出，温度对橡胶A的影响要大于橡胶B，而O2对橡胶B的影响略大于橡胶A。
根据以上橡胶力学性能的明显劣化可以推断橡胶与C4F7N混合气体间发生了一定程度的化学反应，且O2的存在对橡胶B压缩性能的影响更为明显。为初步分析橡胶与混合气体反应的剧烈程度，下文给出了通过FESEM对橡胶的表面进行形貌表征的结果。
两种橡胶实验前后放大500倍以及高倍下的表面形貌如图4～图6所示，从图中可以明显看出两种橡胶的表面均发生了不同程度的反应。在二元气体的作用下，橡胶A的表面不再平整而出现隆起，该隆起结构随温度上升愈发明显。当加入O2之后，橡胶A的表面在原有的隆起上新出现了大量的鳞片状物质。对于橡胶B而言，当温度为85℃时，其表面在二元气体的作用下出现了片状分层，在三元气体的作用下表面的片状分层变成更细小的尖刺结构。当温度上升到100℃时，二元气体中橡胶B表面的片状分层出现了结块的现象，而处于三元气体中的表面在出现尖刺结构的同时还出现了大量裂缝。这些裂缝在一定程度上解释了橡胶B在三元气体的作用下从85℃到100℃时压缩性能的突然劣化。
图4 橡胶实验前形貌
Fig.4 Morphology of rubber before experiment
图5 橡胶A实验后形貌
Fig.5 Morphology of rubber A after experiment
图6 橡胶B实验后形貌
Fig.6 Morphology of rubber B after experiment
另外，本文基于能谱仪（Energy Dispersive Spectrometer,EDS）对样品表面的元素进行了检测，初始样品的能谱图如图7所示。在实验前的样品表面元素主要为C、O、Zn、Si、S、Ca这六种元素，其中C为橡胶自身所带元素，Zn、Si以及Ca来自活化剂ZnO[24]、补强剂SiO2以及CaCO3[13]，而S则属于橡胶硫化过程中的硫化剂。为进一步精确确定表面元素价态，本文对实验前后的橡胶进行了XPS表征。
图7 初始样品能谱
Fig.7 Energy spectrum of the initial sample
实验前样品的XPS表征如图8所示，其中核电校准基准元素为C（1s）284.80 eV。可以看出原样品的表面基本不含F以及N元素。C主要在结合能为286.11eV与288.77eV处以C-C、C-H、C-O-C以及O-C-O、C=O的形式存在[25]。O所对应的峰主要为C-O以及C=O，分别位于结合能为531.77eV以及533.62eV处[26]。
图8 实验前橡胶样品表面元素
Fig.8 Elements on the surface of rubber samples-before test
实验后样品的元素表征结果如图9所示，主要元素无明显变化，此外新增了F、N两种元素，F元素的结合能峰位为688eV与684.5eV，分别对应CFxCHx与C-F基团[27]，N元素的结合能峰位为399.5eV，对应于C-N或C=N键[28]。这两种元素的出现表明表面存在C4F7N气体分子的吸附，且从不同条件下F、N元素的表征中可以看出，两种橡胶所得结果差别较大。在橡胶A中，同种条件下样品的F元素的峰强度要远大于N元素，而橡胶B中则相反。若该N元素均来自C4F7N分子，则F元素的峰强度应始终大于N元素，因此，结合橡胶B在形貌表征中表面被严重破坏的现象，推测这些N元素大部分来自橡胶中的含N助交联剂，如TAIC（C12H15N3O3）或TAC（C12H15N3O3）。为进一步分析橡胶与混合气体的相互作用，下文给出了GC-MS中得出的混合气体组分的分析结果。
图9 实验后橡胶样品表面元素
Fig.9 Elements on the surface of rubber samples-after test
实验后混合气体的主要组分及浓度如图10所示，其中个别浓度较低的气体的定量结果在图11中给出。
图10 主要成气体组分分析结果
Fig.10 Results of main gas component analysis
在两种橡胶的实验中，主要的反应产物均为CO以及C3F6，且这两种产物随温度的上升以及O2的加入而增加。对于CO而言，在二元气体中，两种橡胶与气体反应所产生的CO浓度较低，最大仅114×10-4%，而当O2加入后，CO的浓度随温度上升的变化大幅度增加，与两种橡胶反应后的浓度分别达到了657×10-4%以及1 176×10-4%。考虑到CO2的分解反应需要高温或者催化剂，而本实验的实验条件与参与实验的物质无法满足其分解条件，结合O2的加入可使CO的浓度大幅度增加的现象，可推断CO来自橡胶中相应基团的断键以及三元气体中的O2与橡胶中的C的反应。
图11 微量气体组分分析结果
Fig.11 Results of subsidiary gas component analysis
针对两种EPDM中产生C3F6浓度的差异，主要原因为两种第三单体在交联时的效率不同，同等条件下加工出的ENB-EPDM的交联密度要大于DCPD-EPDM[29]，因此在热与气体的共同作用下，DCPD-EPDM内部的结构更容易发生变化，分子链容易发生断裂反应，C4F7N与EPDM解离基团相互作用并分解。当温度升高时，温升提供的能量直接加剧了C4F7N与EPDM的反应，而O2则加剧了橡胶表面形貌的破坏。
为分析EPDM与C4F7N混合气体的相互作用机理，本文建立了两种橡胶样品以及混合气体分子的模型并开展了分子动力学计算。
本文在构建两种橡胶模型时根据乙烯、丙烯以及第三单体的质量分数比分别构建了单体比例为29:14:1（ENB-EPDM）以及55:28:1（DCPD-EPDM）的单链，之后再基于Amorphous Cell对两种橡胶分别建模，每个模型中包含4条单链，密度根据实际测量情况设置为1.16g/cm3以及1.19g/cm3，之后在Forcite Tools模块中先进行几何结构的优化，再将体系的温度从198K升至498K再降至198K，循环5次作为退火处理，从而使得整个体系的结构更加合理[30]。此时，再次基于Amorphous Cell构建C4F7N混合气体模型，并将其与橡胶模型拼接，对新的气固系统在NPT（恒温恒压）系综下进行动力学平衡计算，其中，力场选择Compass力场，使用group-based与Ewald方法处理范德华力作用与静电作用，分别使用Andersen方法与Berensen方法控制温度与压强，总模拟时长定为1 000ps，模拟步长为1fs。
优化前与优化后的结构如图12所示，从图12中可以对比出，无论是在实际应用条件下（298K, 0.14MPa）还是在实验条件下（373K, 0.3MPa），橡胶对气体分子均存在一定的吸附作用，该作用随压强与温度的增大越发明显，且其中DCPD-EPDM对气体的吸附作用要强于ENB-EPDM。因三元乙丙橡胶为不饱和度低的非极性橡胶，而C4F7N中的氰基（-CN）为强极性分子，二者之间存在的诱导力以及色散力使得二者发生了较明显的吸附，但在比对原子间距离后发现并未出现成键或断键的现象，表明气体与橡胶原胶之间的吸附仅为作用较弱的物理吸附。因实际橡胶中所含成分较多，因此仿真所得出的结果无法完全与实际相符合。而根据元素表征的结果可知，橡胶中还含有一定的金属化合物，这些化合物在橡胶中的含量虽然较低，但因C4F7N中氰基（-CN）的N原子电负性要强于这些金属，因此容易在这些金属化合物上得到电子并发生较强的吸附[31]。综合考虑，可认为C4F7N分子与橡胶发生反应的根源来自其中具有较强极性的氰基（-CN），C4F7N分子通过基团在吸附于橡胶表面后，进一步发生了分解反应。
图12 橡胶与气体分子在不同条件下相互作用结果
Fig.12 Results of interaction between rubber and gas molecules under different conditions
从力学测试、形貌表征、XPS表征以及气体组分分析的结果可以看出，两种橡胶样品与混合气体间发生了不同程度的化学反应，长期的接触有可能使得橡胶被严重腐蚀或混合气体发生大量分解。为减少橡胶与混合气体的接触，本文尝试使用硅脂对橡胶进行涂覆，并在此条件下进行热加速老化试验，试验后橡胶样品的力学性能与气体组分变化见表2及图13所示。
表2 硅脂涂覆实验后橡胶压缩性能
Tab.2 Compression properties of rubber after coating silicone grease experiment
橡胶样品压缩弹性模量/MPa压缩永久形变（%） 85℃100℃85℃100℃ A-二元气体7.267.4028.4836.99 B-二元气体9.068.4513.5415.20 A-三元气体7.307.4331.0138.72 B-三元气体8.387.4614.3716.42
从表2中可以看出，在涂抹硅脂之后，对于橡胶A而言，其压缩弹性模量无明显变化，而压缩永久形变比起未涂抹时减小了0.61%～2.53%，橡胶B的压缩弹性模量出现了一定程度的下降，压缩永久形变则减小1.28%～1.60%。相较于在力学性能上的保护，硅脂对于气体组分的保护作用更为突出。对于橡胶A而言，二元气体环境中的CO含量相较于未涂抹实验的结果减小为原来的30%以下，在三元气体环境中减小为原来的40%左右，而C3F6的浓度则基本降低到了1×10-4%以下，该现象表明硅脂涂抹于橡胶表面后可有效阻隔C4F7N混合气体与橡胶表面接触，并凭借硅脂自身良好的化学稳定性以及抗氧化性能，减轻O2氧化橡胶表面的C生成CO的反应，同时防止C4F7N与橡胶表面活性基团作用失去氰基并进一步分解为C3F6。对于橡胶B而言，在二元气体环境中CO与C3F6的浓度在硅脂的保护下存在一定程度的降低，而在三元气体的作用下，CO与C3F6的浓度反而大大增加，对比两种橡胶实验后表面的硅脂层后发现，橡胶A表面的硅脂涂覆层依旧完整保留，而橡胶B的表面则出现了多处气泡，推测为硅脂与橡胶B在三元气体的环境下发生了化学反应，该反应产生了某种气体使原本覆盖在硅脂之下的橡胶再次暴露在C4F7N混合气体之下，如图14所示，结合两种气体产物增加的现象，橡胶与硅脂反应生成的气体有较大可能为CO，而C3F6的增加则是因为该反应进一步破坏了橡胶B的表面形貌，增加了能使C4F7N发生分解的活性位点。
图13 气体组分分析结果
Fig.13 Results of gas component analysis
图14 实验后橡胶表面硅脂
Fig.14 Silicone grease on the surface
在通过实验以及仿真后发现，两种EPDM与C4F7N混合气体在热加速的条件下均存在一定的反应，该反应使得部分C4F7N发生分解的同时，也导致了橡胶的表面形貌被不同程度地破坏并出现力学性能的劣化。通过分析实验结果可以得出以下几点结论：
1）通过气体组分测定以及Materials Studio仿真计算发现，C4F7N发生分解的主要原因为分子中的强极性基团氰基会吸附于橡胶中的某些活性结构以及金属化合物并发生分解反应。
2）混合气体与两种橡胶之间发生了不同程度的反应。在形貌表征的对比中可以看出，DCPD-EPDM的表面遭到的破坏要远比ENB-EPDM严重，在100℃下的三元气体中甚至出现了裂纹。在力学方面，两种橡胶的性能均出现了明显的下降，比较二元与三元气体中的结果发现，加入少量的O2对DCPD-EPDM的影响要大于ENB-EPDM。而在气体组分检测时，混合气体与DCPD-EPDM反应产生的CO、C3F6的浓度要远大于ENB-EPDM所产生的。各方面性能出现的差异主要来自两种第三单体的交联效率，ENB的交联效率高，内部的橡胶在高温与混合气体的作用下仍可保持较高的稳定性，因此ENB-EPDM表现出的性能要优于DCPD-EPDM。
3）在橡胶表面涂覆硅脂后发现，ENB-EPDM与混合气体基本不会反应产生C3F6，且CO的浓度也大大减小。该现象表明硅脂能够有效地阻隔橡胶与C4F7N的接触，同时因硅脂的化学稳定性与抗氧化性能要强于橡胶，因此在高温下与O2接触时所发生反应的剧烈程度也会明显变弱。但对于DCPD-EPDM而言，涂覆硅脂反而会使得硅脂与橡胶发生反应产生气体，这些气体导致硅脂的覆盖层破开，使橡胶再次暴露于混合气体之下并发生反应。
致谢：本文中所使用的所有三元乙丙橡胶样品均由国家电网平高集团有限公司无偿提供，在此向其表示由衷的感谢。
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Compatibility and Interaction Mechanism between C4F7N/CO2/O2 and EPDM
Abstract C4F7N mixed gases have attracted much attention in recent years due to their excellent electrical properties and low global warming potential value. However, the compatibility of C4F7N and its gas mixture with the internal sealing materials of gas insulated equipment still needs to be tested before it is put into field application. At present, there have been some studies on the compatibility of C4F7N with EPDM, but few of them focus on the compatibility comparison between C4F7N gas mixtures and EPDM with different third monomers and the mechanism of gas-solid interaction. In this paper, ENB-EPDM and DCPD-EPDM were selected and the compatibility experiment was carried out with C4F7N/CO2/O2 mixed gases. The results reveal that some active structures in EPDM reacted with the CN group of C4F7N. The contact between gas and rubber surface could be effectively blocked by coating silicone grease, and the decomposition of C4F7N was reduced. In addition, after comparing the experimental results of the two kinds of rubber, it is found that ENB-EPDM is more suitable for sealing C4F7N gas mixture than DCPD-EPDM, the difference is due to the different crosslinking efficiency provided by the two third monomers.
keywords：Eco-friendly insulating gas, C4F7N/CO2/O2, EPDM, compatibility
DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.201700
中图分类号：TM213
吴 鹏 男，1996 年生，硕士研究生，研究方向为SF6替代气体及其相关性质、纳米新型传感器。E-mail：wupeng@whu.edu.cn
张晓星 男，1972 年生，教授，博士生导师，研究方向为电气设备绝缘在线监测与故障诊断及评估、纳米新型传感器。E-mail：xiaoxing.zhang@outlook.com（通信作者）
收稿日期 2020-12-28
改稿日期 2021-01-19
国家自然科学基金资助项目（51977159）。
（编辑 郭丽军）