怎样写好博士论文的第1章“绪论”2005年1月6日第一稿,2005年1月15日第二稿,2005年4月1日第四稿1 一般要求要写好“绪论”这一章,第一要务是做好文献搜索、收集和研究有了文献工作扎实的基础,就有了对课题的清楚了解,就有了追赶课题最高水平的明确目标, 就可以掌握开展研究的各种工具和手段从本质上说,第1章是作者文献工作的成果也就是说,第1章也是研究,不研究完不成第1章的写作文献工作的任务,一是为了清楚地了解研究课题的背景和意义,二是为了调查研究课题的历史和现状, 了解本课题的当前水平, 三是了为决定博士论文研究中需要展开的内容和执行的研究与此相应,博士论文的第1章,一要写好研究背景和意义,二要写好课题的历史和现状,三要说明博士论文的主要研究内容2 历史和现状的调查不论作什么样的研究题目,动手研究的第一个任务,就是调查清楚这个项目的历史和现状2.1 调查要有提纲,以下是这个提纲的可能的内容1) 近几年已经做了哪些工作? 现在正在做着什么?(2) 哪些问题已经解决了? 怎样解决的? 还有什么问题?(3) 这些没有解决的问题的症结在哪里? 关键是什么?(4) 已经得出了哪些结论? 这些结论可靠吗?(5) 已有的研究工作有什么经验和教训?(6) 别人用了什么样的研究手段、设备、方法和技术路线? 做了什么样的实验? 需要哪些仪器、设备、装置、样品?(7) 在已知问题中,哪些属于现象性的、或者是方法不合理和设备不准确所至?哪些是事物的本质所决定的?(8) 已有的实验揭示了什么新的事实和现象? 解释合理不合理?2.2 调查的范围、对象和方式文献工作的原则是穷尽不漏。
文献工作的最大益处是从文献开始交同行朋友千里难寻是朋友，朋友多了路好走”与自己课题一样的同行是谁呢? 这就属于文献工作的范围系统地了解和熟悉以下内容是十分有益的：(1) 最近一年里有多少文献与这个课题有关? 最近二年、最近五年、最近若干年呢? 本课题最初一年的文献收集了吗? 最早的文献是哪篇? 里程碑式的文献有哪些? 标志性文献有哪些? 基础性文献有哪些?(2) 这个课题现在有哪些研究者, 叫什么名字? 这些研究者的相关文献收集全了吗? 这中间, 谁是一般研究者? 谁是学术带头人(课题负责人,博士生指导教师)?(3) 这些研究者属于哪些机构? 这些机构的相关工作和文献收集全了吗? 哪些是一般机构? 哪些是重点和著名机构? 高等院校有哪些? 研究院所有哪些? 企事业研究机构有哪些?(4) 这些机构分布在哪些国家? 这些国家相关机构的工作收集全了吗?文献工作不仅仅是找一些期刊上的学术论文,尽管我们经常是这么做的这就涉及到了文献工作的对象一般说来,文献调查要全面, 以下几类文献都要去查一查1) 学术期刊上的学术论文(2) 学术专著、编著及其他相关著作(3) 专利文献(4) 科技报告(5) 学术会议论文集(6) 产品说明书、技术标准、工艺图纸和流程等企业文献如果对后几类文献不熟,你就应该补一补“文献课”或借阅文献检索的教材看一看。
从收集到的文献, 动手整理整理, 是文献研究的重要任务从一开始，就准备在最后要整理若干份清单或名单，是一个很优秀的想法文献调研的核心任务是要做好课题历史、现状、进展、水平的归纳、分类和整理工作也就是要产生这些清单清单的初稿应该及时与老师商量在写到第1章中去时，一般说，要用到表格形式以下内容是你的清单要解决的问题 (1) 经常刊登本课题的学术期刊有哪些? 哪些是一般刊物? 哪些是影响大的刊物?(2) 经典的学术专著是哪些? 作者是谁? 作者是一般科学家? 还是著名科学家?(3) 有参考价值的综述性文献有哪些? (4) 本课题涉及的专利文献的类目是什么? 同一类目的专利文献都收集了吗? 专利文献的检索刊物查阅了吗？(5) 有哪些科技报告体系与本课题有关? 是什么机构编发的? 同类科技报告查全了吗?(6) 本课题已经召开过的学术会议有哪些? 谁组织的? 哪些是系列学术会议? 下一届在哪里召开?搞清楚这些问题的答案, 是为了提高研究水平、启发攻关思路、了解发展趋势注意, 在回答以上问题时, 重要的是克服“时间陷阱”，养成马上整理相应的清单或名单的习惯有许多博士生觉得三年的时间很长，“时间多得很”，可以肯定，这种意识将使你的研究水平一再打折扣。
有一个问题值得强调,即“用什么方式作文献调查工作呢？”有几个原则如下1) 不能完全靠检索光盘数据库查找文献对某些课题，用电子手段查阅文献在目前大约只能查到用手工方式获得文献的三分之一左右2) 请教本专业有经验的专家、老师给以指导,了解哪些期刊杂志或文献种类对自己最为重要3) 充分利用文献索引、文摘和书目等检索期刊《科学引文索引(SCI)》是查找相关文献最好的检索性期刊其他有《EI》、《ISTP》、《CA》以及美国政府四大报告(AD报告、PB报告、NASA报告、DOE报告)4) 通过阅读已经收集到的资料,再进一步有选择地收集每一篇论文中所引用的参考资料如此积累，好象“滚雪球”5) 如果你进入课题以前, 导师及课题组已经进行了若干年的研究，从导师及学科组已发表的学术论文和完成的学位论文开始文献调研是最明智的有意义的是自己动手总结出一份这些文献的清单本文附件一给出了一个例子)6) 要做好文献卡片想一想, 即使将来自己博士论文有300篇参考文献, 三年时间中, 也只是平均三天做一张文献卡片, 工作量是很小的文献卡片的好处是便于作纵向、横向各种统计, 既可以长期反复使用，又方便到图书馆借阅自己手中没有的图书资料。
３ 注意事项收集相关文献, 是为了博士论文研究认真阅读,反复阅读,充分熟悉文献的背景、方法、结果、目标、路线、手段等内容才会有利于开展研究1) 往往谁最有思想,谁手中的文献最破、最旧、最烂2) 博士生应该把查阅文献,如同每天看报纸一样,养成习惯越是勤奋研究的人，越重视最新的文献3) 时常“居安思危”越是充满追求的人，越体会到这样的“风险”：即使漏掉一篇论文,也可能使自己的研究浪费很多时间4) 写好第1章的每一句话,特别是导引性的话5) 反映当前研究水平时,少用看起来“简明扼要”的报纸式的时政式的语言,多用科学语言科学语言就是符号、公式、概念、定义、规律、定理、表格、曲线、照片等6) 参考文献要多用权威的文献,经典的文献,最近几年的文献,被引用多的文献,少用教材,少用随意和无意中得到的或没有经过筛选的文献7) 少用、不用“第二手文献”,要用自己经常参考的,手边放不下的,研究中最有用的文献第二手文献”是指自己没有复印，或者没有看过读过，只是从文献上看到的“参考”文献实际上，这种文献你根本就没有“参考”过,你仅仅了解了这个文献的存在想一想，为什么不去找一找这个文献？(8) 要养成一种习惯,就是随时带着思想,做“有心人”。
一遇到有价值的资料,就立刻记下来即使已经完成了研究工作,在撰写论文草稿之间,也不要忘记一件事: 到图书馆查一查最新文献在撰写第1章以前,要动手再次作近期文献的收集补充工作9) 文献综述的主要对象, 应该是近年的, 特别是近一、二年的文献综述的根本任务之一，是搞清楚最有发展价值的研究工作和方向10) 文献综述中要介绍自己学科组的先期工作有了这些, 工作才算有基础有了这些,才能使学科组的工作得以继承和发展4 第1章各节以及典型内容的举例4.1 第1章的各节第1章一般有3节, 标题往往十分简明，下面是常用的标题举例1) 研究背景与意义(2) 本课题的历史与现状(3) 本文主要研究内容第1节要突出“背景”与“意义”有两种写法极大多数博士生会按惯例，特别是按文献上的做法，在叙述之中，反映出想要说的“背景”与“意义”，逻辑清楚，语言活泼另一种方法就是用归纳式的语言，一条一条数“背景”和“意义”，体现博士论文的总结能力和归纳能力无论哪种写法，基本要求是“背景与意义”内容要全，不丢不漏，分析要科学、准确第2节要突出本课题的研究进展,以及当前的科学和技术水平也正因为如此，有些论文此处的标题是“本课题的研究进展”。
围绕历史与现状，突出进展与水平，是这一节的基本写法如果把博士论文全文称为第一层次，把各章的内容称为第二层次，那么博士论文的写作，不能仅仅反映第一层次的历史与现状，第二层次上的“历史与现状”写得好，是“学问大”、“功夫深”的重要标志有些论文把第二层次的历史与现状放到各章去阐述4.2 举例 [例1] 本例给出关于“化学振荡和混沌的若干研究”的两段综述(引自:曾庆轩, 化学振荡和混沌的若干研究, 博士学位论文,北京理工大学, 1993)，第一段引自原文1.1节, 第二段引自原文的4.5.4节1.1 本课题的背景及研究的发展情况简述本论文研究非平衡非线性宏观化学反应动力学中的非线性现象, 特别地本论文要研究化学振荡以及化学混沌的问题在历史上,热力学的出现及“熵”概念的提出是对19世纪科学思想的非常重大的贡献, 它是将复杂对象作为整体研究的开端,在解释复杂体系自发趋于平衡和无序方面已经取得了巨大成功[1,2]由于热力学的巨大成功, 化学平衡态一直被认为是一种通常的情况而被科学界极大多数人所接受然而事实上, 趋于平衡和无序并不是自然界的一切大量的事实可以说明这一点例如, 生命现象越来越复杂, 然而越来越有序; 许多生化反应中反应物浓度是周期性变化的(如糖酵解反应中酶的浓度的振荡)[3]; 无机界中岩石中规则的花纹[4]; 流体力学中的Bernard花纹[5,6]; 生命群体数量的周期性变化, 等等。
所有这些有序结构是热力学不能解释的尤其是实验室中发现的Liesegng环[7], BZ (Belousov- Zhabotinsky)反应[8-10]更令人难理解为解释这些现象, 必须从传统思想中解放出来在这种情况下, 非线性非平衡态热力学应运而生在这个领域的研究中, 化学振荡和化学混沌的研究吸引了许多人的注意力原因十分简单, 在传统科学无能为力的大量自然现象中, 化学振荡和混沌恰恰是一条迈向新学科的希望之路对化学振荡的研究, 不仅可以用来解释化学反应系统中出现的时空有序结构, 而且可以用来解释其它学科中出现的类似现象同时, 化学振荡还有巨大的潜在的应用价值, 例如在催化反应中, 强迫性的浓度振荡可以大幅度地提高反应速率及选择性[11-15]; 生物学家发现人体中至少有150种反应属化学振荡反应[16]; 最近有消息表明, 已有学者利用化学振荡原理设计了计算机元件[16]在此基础上, 化学计算机如果能建立起来, 它将能更好地模拟人体中的生化过程及神经传输在有化学振荡出现的化学反应中, 会涉及到各种形式的非线性反馈, 主要的两种反馈形式是热反馈和化学反馈热反馈起因于反应动力学中的Arrhenius定律, 在一定条件下, 会导致爆炸和燃烧。
由热反馈导致的非线性现象, 已经得到了很好的研究, 形成了成熟的理论─热爆炸理论[17]化学反馈是指这样一种情况: 反应中间产物既是反应物, 又是催化剂, 反应过程中出现自催化现象,从而导致复杂的非线性的化学动力学现象在耗散结构理论中, 对化学反馈的若干经典例子进行了深刻的总结现在已经知道, 化学振荡正是由化学动力学的非线性反馈造成的化学振荡反应的典型例子是Belousov及Zhabotinsky发现的BZ反应BZ反应是指以溴酸盐为氧化物, Mn2+Fe2+等为催化剂, 丙二酸等有机酸为还原物质的一类反应, 最早是1951年由Belousov发现的[8] ,后来Zhabotinsky又进一步研究, 1964年得到确认同时引起了科学界的注意这个反应体系比起生物振荡体系来说虽然远为简单, 却可以呈现出丰富多彩的和生物自组织现象很类似的时空有序现象(化学振荡、空间结构、化学波等)1972年Oregon大学的R. M. Noyes, Monyana大学的R. J. Field, 及E. Koros 提出了解释BZ现象的FKN机理[18]并被科学界称呼为Oregonator[19], 意思是说这个体系是一个特定的振荡器。
机理的公式表示如下:A+Y→X+PX+Y→2PA+X→2X+Z2X→A+PZ→fY其中X=HBrO2, Y=Br– Z=Ce4+, A=BrO3–, P=HBrf是个适当的化学计量系数上述机理对解释BZ类反应起了巨大的作用1978年, Koros等人发现了没食子酸–溴酸钾–硫酸体系在无金属离子催化的条件下, 也可以发生振荡反应, 经过实验, 不仅证实了非催化类振荡反应的存在, 而且找出了发生非催化振荡反应的一些规律[20]但FKN机理并不能很好解释非催化类振荡反应, 为此Orban等人在FKN机理的基础上, 提出了非催化振荡反应的基本模型, 即OKN机理[21]除BZ类振荡反应以外, 人们逐渐发现并深入研究了Bray-Liebhafsky反应, Briggs-Rauscher反应及苯的自氧化反应[22]八十年代, I. R. Epstein等人经过多年的努力, 发现了另一类由亚氯酸盐, 碘酸盐组成的振荡反应[23-24], pH值作为控制参数的振荡反应也得到了研究[25]1977年Texas大学的Schmitz等人首次报道了在CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor)中的BZ反应出现的非周期行为[26], 后经多人持续不断的努力[27-32], 1986年H. Swinney等提出了解释非周期振荡的模型[33], 确定BZ反应会出现化学混沌。
在化学振荡的研究中, CSTR技术的引入, 发挥了积极的作用,它使人们观察到了许多前所未见的复杂现象, 如多定态, 双稳态, 拟周期及混沌等[34]以上是对化学振荡实验发展的简述表1.1和1.2中给出了比较重要的研究工作发展表1.1 CSTR中BZ反应研究简史(实验)[35]1964Zhabotinsky, Vavilin Zaikin1973Zhabotinsky, Vavilin Zaikin1974Sφrensen1975Marek and Svobodova, Marek and Stuechl1976De Kepper et al1976-81Graziani, Hudson, Schmitz et al1978Rossler and Wegmann1980Mzselko1980-2Bordeaux-11981-3Texas/Roux1985Hourai et al1985-7Bordeaux-21986Maselko and Swinney表1.2 BZ反应机理及计算研究简史1972FKN机理1974Field and Noyes–Oregonator1975Field–reversible Oregonator1975-9Edelson et al1978SNBE ComputationRossler and Wegmann–mapping1980Janz et al–P feed back1983Dekepper and Bar–Eli1985Richetti and Arneodo1987Barkley et al1988Bar–Eli and Noyes1988-9Field and Gyogyi1987年Luis. F. Razon发表了关于反应多态及反应不稳定性的综述文章[36], 对化学反应的非线性现象进行了综述。
1990年R. M. Noyes 发表了关于化学振荡器类型及BZ反应机理方面研究的两篇综述文章[22,37]总之, BZ反应是人们研究最多, 认识最深的一类反应当然现在仍然不能说已经完全弄清了其反应机理除了实验研究外, 反应模型的研究也是理解化学振荡的一种重要手段, 现在已有的重要模型有Brusselator[38-39], Oregonator, Lokta-Votterrs[40], Gray-Scott[41-43]等模型这些模型对非线性化学动力学的研究起了巨大推动作用化学反应在远离平衡的情况下会出现一些复杂现象: 多重定态(Multiple Steady State), 松驰振荡(Relaxation Oscillation), 近正弦振荡(Near-Sinasoidal Oscillations), 具有大小尖峰的振荡, 高频振荡及破缺, 倍周期, 准周期及混沌等, 数学模型的建立为研究这些现象出现的机制提供了条件为处理这些模型, 涉及到研究方程组的解, 解的稳定性, 周期解, 周期解的稳定性, 系统的稳定性等本论文将提供一些先进的计算方法及程序软件4.5.4 多态(多定态)和变量的个数多态现象(又叫多重定态现象)是指在一定的控制条件下体系会面对可能的多个定态。
在某些情况下, 还可能会发生不同定态间的突然跃迁(例如点火、熄火), 这种跃迁现象无疑对于象化工过程等等工业过程的安全问题和稳定性问题是极为重要的若体系有自动调节控制参数的能力, 这种不同定态间的相互跃迁还有可能赋于体系某种适应外界环境的功能现在已经清楚, 要得到多态(多解)性, 要导致点火或熄火, 只需要反应模型中出现一个变量要得到等温化学振荡, 就需要在反应模型中出现二个变量要得到化学混沌性质, 至少要有三个变量本文研究中所发现的混沌图象, 有力地表明文中提出的化学模型十分适合进一步的研究和应用对化学开放系统的多态(multiple stationary state), 早在1913年由J. Taffanel及C. leFloch, 在1918年由Liljenroth就已经提出来了1928年 N. N. Semenov (苏联诺贝尔奖获得者) 把这些概念用于封闭系统的点火[86], 1938年, D. A. Frank-Kamenetskii则用于解释多相燃烧的点火和熄火[87]1941年, Zeldovich在研究绝热开放系统(CSTR)的定态[88]、Zeldovich等人在研究非绝热CSTR时发现了“孤立圈”、“蘑菇”曲线。
其他研究的历史回顾在下面作一简述等温自催化化学反馈的CSTR: 1941年, Zeldovich发现只有立方催化机理, 才有可能导致多态[88]40年代K. G. Denbigh考虑了CSTR中非简单反应动力学[89]60年代, 在国外教科书中开始出现等温CSTR中酶的反应多态1976年, B. F. Gray等人发表了综述文章[90]70年代初, 出现了Schlogl模型70年代末, K. F. Lin 提出了CSTR中的nA+mB→(m+n)B反应[91]80年代, P.Gray和S. K. Scott提出并确立了“立方催化”模型, 并相继报导了它们的多定态、点火、熄火和化学振荡等性质非等温自催化化学反馈的CSTR: 1941年, Zeldovich[88]首次研究了绝热情况, 包括多定态、点火、熄火同时间, 他和Y. A. Zysin首次研究了非绝热情况, 报导了“孤立圈”和“蘑菇”形状的定态曲线花样1954年, L. A. Vulis发表了第一本专著[92], 但内容较复杂1967年, T. Furusama等人重新独立提出了孤立圈和蘑菇状图样的可能性[93]70年代初, V. Hlavace又独立地发现了孤立圈, 并一直为以后的研究所利用[94]。
1974年和1976年, W. H. Ray发表两篇里程碑式的文章[95,96]80年代初, 研究者们发现了更丰富的信息[97]本文第三章和第四章研究了在开放流动系统中进行的具有自催化或交叉(双重)催化机制的简单化学反应模型, 并从初步的研究得到该模型定态的一些性质在第五章和第六章中, 我们将研究具体的振荡反应, 以便把第二、三、四章的理论, 运用到实际问题之中注意: 以上引文因为写于1993年, 某些写法并不符合《博士论文格式与要求》的规定*, 请不要采用,比如参考文献的标注等)* 注:《博士论文格式与要求》一文可上乌玛网站WWW查阅[例2] 本例给出关于“热点火研究”的一段综述(引自:杜志明, 有限空间内化学放热系统的热点火, 博士学位论文, 北京理工大学, 1994)1.1 热爆炸与热点火化学反应过程涉及能量的变化对于大多数放热化学反应, 反应速率与温度的关系通常遵循Arrhenius定律也就是说, 即使是在常温下产生放热化学反应的系统在一定的条件下也会导致热量的积累, 使系统内温度升高, 而温度升高又会进一步加剧化学反应的进行, 使系统内的温度变得更高这就是非线性化学动力学中所称的“热反馈”,若能量不损失, 热反馈继续进行的结果, 使系统出现失控的状态, 导致自动点火或发生化学热爆炸(简称热爆炸)。
发生化学热爆炸的本质是化学反应进行过程中“自发”出现的热积累和热反馈这是一个系统内部的过程倘若从环境中增加了促进这一过程的条件, 那么, 化学热爆炸就会加快出现这类问题称为热点火本文主要研究热点火问题要求具有潜在化学反应能力的系统在短时间内能迅速激起激烈的化学反应, 而后又快速达到燃烧或爆炸状态是工程实践中的重要课题为了达到这个目的, 需要在系统自身热量积累的基础上对系统提供附加的能量以激发或促成系统自身的快速反应在工程中这种情况被称为“点火”由于它起因于热, 又称为热点火由于激发能有各种各样的形式, 热点火问题在实践中是多种多样的, 例如由光能、电能、冲击能、高温表面或热气流等提供热能均可引起点火热点火问题是燃烧、爆炸、安全等领域的重要课题,也是兵器、航空、宇航以及国民经济许多部门中最重要的工程问题之一热爆炸与热点火的基本区别在于, 前者出现时不存在外界初始激发能对系统的作用, 而后者则必须有外界提供的相应的激发能量所以, 这两种过程在本质上有许多共同之处但在细节上, 各有特色本文从理论和实践两个方面提供了热点火问题丰富的细节从本质上说, 热爆炸与热点火都与系统内部热量的释放与耗散的相互竞争密切相关。
由于热反馈机理在其中扮演了最重要的角色, 爆炸与点火前就都有热积累的过程和相应的延滞时间等它们的作用机理是非线性机理正因为如此, 热点火与热爆炸研究是密切相关的, 有时候, 两者之间又没有严格的界限本文的研究反映了这一特色举例来说, 热爆炸的一个主要特征是化学热爆炸发生在系统内散热最不利的地方, 即系统的中心而点火的特征则是点火常发生在初始能量激发的边界点(层)附近但随着点火初始激发能的降低, 点火点将从表面向中心推移所以, 对于临界点火问题, 点火点也可能出现在系统的中心1.2 热点火研究简史由于热点火理论是在和热爆炸研究相互交叉的基础上发展起来的, 首先对热爆炸研究作一简单回顾是有益的文献中一般认为, 对热爆炸现象的早期的定性的认识可追溯到1884年, 当时J. H. Van’t Hoff指出了点火与系统的热失衡有关[1]热爆炸近代理论的初始形态见于法国, C. Taffanel和J. le. Floch在1913年就给出了清晰的现在被称为热图的曲线这些早期结果被原苏联著名科学家N. N. Semenov在1928年重新独立地发现了Semenov的重大贡献在于他把数学引入了研究之中。
尽管从今天的水平看, 他应用的数学十分初等, 但他据此第一次建立了热爆炸的临界条件, 在数学上给出了定量关系式[2]他被普遍确认为热爆炸近代理论之父由于Semenov的贡献, 也由于化学动力学的迅速发展, 在本世纪三十年代, 热爆炸现象引起了研究者的极大兴趣, 这方面的工作进展很快最著名的有Todes, Rice, Frank-Kamenetskii等人的工作其中, 前苏联D.A. Frank-Kamenetskii建立的温度具有空间分布的热爆炸理论[3]产生了深远的影响, 直到今天仍为各国科学家所重视1958年, 英国P. H. Thomas提出了新的边界条件[4], 建立了包含Semenov和Frank-Kamenetskii理论在内的更为普遍的理论热爆炸理论的贡献和应用越来越广泛, 开始进入综述的年代, 六、七十年代, 相继出现了关于热爆炸研究的高质量的综述文章, 较著名的有英国科学家P. Gray和P. R. lee的综述[5]和原苏联科学家A. G. Mershanov和F. I. Dubovitskii的文章[6]理论研究的同时, 对含能材料和其它热不稳定性的化学系统也开展了大量的实验研究工作。
R. N. Rogers对炸药的热分解以及热爆炸进行了很有成效的研究[7-9], 测得了常用炸药的部分热物理、热化学和化学动力学参数在对自热过程, 化学系统的不稳定性以及灾害控制等方面的实验研究中, P. H. Thomas, P. C. Bowes[10,11], P. Gray[12], A. G. Mershanov[13]等都作了很重要的工作, 这些工作验证和推动了热爆炸理论的研究, 也为理论与实践相结合开辟了道路从热爆炸理论诞生以来, 国外也已出版了一些与热爆炸研究有关的重要书籍[14-16]在中国, 六十年代出版过一些反映热爆炸最经典结果的化学动力学著作[17-20]当时在浙江大学也开展了热爆炸研究, 并发表了兼作介绍的综述文章[21]这以后, 国内有许多单位开展了热爆炸的实验和理论研究中国工程物理研究院章冠人研究了热点起爆的机理[22,23], 楚士晋、陈凤鸾等对含能材料的热分解和热爆炸进行了长期的实验研究[24], 兵器部204所的胡荣祖对炸药及相关物的热分解过渡到热爆炸的重要问题,一直在进行探讨[25-27], 北京理工大学(原北京工业学院)化学工程系的松全才[26], 力学工程系的丁敬、徐更光[29]、劳允亮[30]、陈福梅[31]等都对炸药或起爆药的热爆炸问题进行过探讨和研究。
此外, 兵器部213所杨宗一[32]、太原机械学院张景林[33]也都做过高能炸药的热爆炸实验北京工业学院冯长根[34]在英国利兹大学物理化学系以“扩展的热爆炸理论”为题, 于1983年获得了博士学位1988年科学出版社出版了他的专著《热爆炸理论》[35], 该书系统总结了国内外热爆炸研究的成果热点火理论是在热爆炸研究不断深入的基础上发展起来的第一位探讨热点火问题的研究者是原苏联科学家Ya. B. Zelodvich[36], 他将热爆炸稳定理论扩展到壁面具有不同温度的平板容器, 并在这种系统中确定了热点火临界条件类似的方法后来不仅在点火理论中, 而且在热爆炸理论中得到了进一步的发展R. J. Seager[37]第一次计算了点火时的非稳定温度场, 他利用电子计算机对半无限大空间热点火方程进行了数值积分, 结果得到了点火物质中不同时刻的温度分布后来, G. B. Cook[38]和B. L. Hicks[39]进行了进一步的计算, 他们的计算涉及到各种不同参数对点火延滞期的影响这些文献提出的非稳定热点火模型为热点火问题更进一步的研究提供了基础以后, 又有许多关于热点火研究的文章发表[40-46]。
这些文章发展了热点火理论, 或用实验实现了其中一部分理论结果在国内, 冯长根等人曾对强光点火问题进行过深入的研究[47-49], 确定了平板强光点火(起爆)的临界条件和转变条件从1986年起, 本文作者和冯长根开展了一系列热点火研究, 1990年, 由吉林科学技术出版社出版了《热点火理论》[50], 其中收入了本文作者的大量工作注意: 以上引文因为写于1994年, 某些写法并不符合《博士论文格式与要求》的规定, 请不要采用,比如参考文献的标注等)[例3] 本例给出关于“爆轰研究”的两段综述(引自:王树山,爆轰波非常规传播现象及其应用研究, 博士学位论文, 北京理工大学, 1995)1.1 爆轰理论发展简史爆轰现象于1881年、1882年分别由Berthelot和Vieille[20,21], 以及Mallard和Le Chatelier[22]各自独立地在研究火焰传播的过程中发现他们的研究揭示出, 火焰在充满可燃气体管道内传播时, 由于温度、压力等条件的不同, 可以有两种完全不同的速度一种是每秒几百米, 另一种是每秒几千米习惯上, 前者被称为爆燃, 后者被称为爆轰据此, 爆轰也被定义为迅速而激烈的燃烧形式[23]。
1899年和1905、1917年, Chapman[3]和Jouguet[4,5]各自独立地提出了一个简单然而令人信服的假定: 认为爆轰过程的化学反应在一个无限薄的间断面上瞬时完成, 原始炸药转化为爆轰产物这样一来, 在建立爆轰数学模型的时候, 就不必考虑化学反应的详细过程化学反应的作用如同一个外加的能源, 反映到流体力学方程中来, 流体力学的质量、动量和能量守恒方程可以跨过爆轰间断(爆轰波阵面)建立起来这样就诞生了最早的建立在流体力学和热力学基础上的较为严格的理论—CJ理论CJ理论的关键不仅在于上述的CJ假定, 还在于提出了爆轰波能够定常传播的约束条件—CJ条件所谓CJ条件, 是指爆轰波阵面后方的状态用冲击Hugoniot线和Rayleith线的切点来描述, 或直观地表述为波阵面后方的流动速度等于声速由CJ条件可得到CJ方程,结合流体力学的三个守恒方程, 再加上爆轰产物的状态方程, 就构成了描述爆轰的封闭方程组, 可用于进一步的研究CJ理论只是定常爆轰的非常理想化的理论, 但它无疑是成功的在当时, 应用CJ理论可使对于气体爆轰的爆速计算值与实测值相差只有1%~2%[23]CJ理论第一次给出了爆轰的物理模型和数学模型, 反映了爆轰是化学反应冲击波传播过程这一本质, 从而奠定了爆轰研究的基础, 具有划时代的意义。
从某种意义上说, CJ理论是爆轰的流体力学理论, 它对爆轰过程的化学反应细节没有描述, 只注意到了热力学过程而忽略了它的化学动力学过程由于化学反应速率不可能无限大, 所以化学反应不可能在一个间断面上瞬时完成, 也就是说, 化学反应应该以有限的反应速率进行, 化学反应区具有一定的厚度爆轰过程的化学反应细节的研究, 至今仍然是爆轰研究的难点之一但对爆轰的化学反应区结构的研究, 包括反应区内部流动过程和化学反应动力学过程的研究, 无疑是爆轰理论研究的首要问题, 也是认识爆轰现象的关键之一1940年, Zeldovich[6]在前苏联, 1942年Von Neumann[7]在美国, Doering[8]在德国分别独立地提出了相同的描述爆轰波基本结构的模型, 称为ZND模型ZND模型认为未反应的物质首先经历了一个预压冲击波压到高温高密度, 再经过一个化学反应区达到终态它将前导冲击波看成一个无化学反应的一维间断平面, 在化学反应区内假设流动是一维的; 化学反应以有限的速度进行,该反应是单一的向前进行的反应过程;在每一个断面上, 都达到化学反应平衡状态, 一直到反应完成在这样的假设下, 反应区内任一点的状态与前方未反应的物质由守恒定律相联系; 其状态方程用该点的反应度来估计, 这样在与冲击波相连接的坐标系内, Euler流体力学方程在整个反应区内有一个定常解, 反应区终端的状态仍然符合CJ理论的CJ状态。
ZND模型第一次正确地揭示了爆轰波的基本结构, 即它由前导冲击波和紧跟其后的化学反应区构成即使在实验技术大大发展的今天, 用亚纳秒精度的F-P干涉仪进行的实验仍表明该模型基本正确[24]ZND模型还首次阐明了爆轰化学反应的触发机制, 并考虑了化学反应的动力学过程因而, ZND模型是CJ模型的重要发展, 由于这个模型更接近于实际, 因此成为爆轰理论发展的又一里程碑CJ理论和ZND模型统称为爆轰的简单理论, 也是理想爆轰的理论用CJ理论和ZND模型描述的爆轰过程称为理想爆轰过程稳态爆轰只是理想爆轰的必要条件有限尺寸装药情况下所出现的宏观上的稳态爆轰并不是严格意义上的爆轰事实上, 只有当装药尺寸趋于无限大时, 爆轰波阵面才可能是一个无限大平面, 反应区内的流动才可能是一维的另外爆轰的化学反应是很复杂的, 不可能仅仅沿单一方向进行, 并可能出现化学反应驰豫现象[25]因而, 实际的爆轰过程都属于非理想爆轰的范畴, 如本文研究的小尺寸装药爆轰波的非常规传播就是一种典型的非理想爆轰基于一维流动假设的ZND模型无法解释有限尺寸装药的直径效应[2,11,25]现象对于直径效应的研究,推动了爆轰理论的发展和非理想爆轰现象的研究。
1947年, Jones[26]报道了直径效应的一些研究结果, 他指出直径效应与化学反应区的反应速率有关系, 从理论上给出了计算不同直径下爆速的关系式1949年, Eyring[27]首次指出直径效应与波阵面弯曲有关, 从理论上研究了有约束情况下爆速对装药直径的依赖关系1954年, Wood和Kirwood[3]扩展了ZND模型,考虑了边界层和边缘效应引起的轻微的二维扰动, 假设波阵面为曲面, 经过对反应区内流动方程的严格推导, 得出了准一维流动近似条件下的广义CJ条件, 以及有限尺寸装药的爆速与对称轴附近的曲率半径和反应区厚度关系的表达式这就是著名的W-K理论, W-K理论又被称为爆轰的准一维理论W-K理论的贡献在于, 由存在二维扰动情况下的弯曲波阵面假设,严格从理论上指出CJ状态点并不是化学反应终了点, 爆速依赖于反应区厚度和波阵面曲率另外, 弯曲波阵面的假设更符合有限尺寸装药爆轰的实际情况, 使得对爆轰波结构的描述比ZND模型更进了一步后来较有意义的工作是进入八十年代以来, Bdzil[4]和浣石[28,29]进行的研究Bdzil在充分考虑边界稀疏效应的情况下, 将W-K理论应用到了整个二维爆轰波阵面, 提出了二维稳态爆轰的理论模型。
浣石得出了在自然坐标系下, 二维定常爆轰波的CJ条件及流线形状; 理想爆轰的CJ条件和W-K理论的广义CJ条件为其两个特例, 由此可确定声速面形状; 结合由实验确定的前导冲击波的形状可得到化学反应区的大致形状从本质上说, Bdzil和浣石的工作都是W-K理论的扩展, 或者说是扩展的W-K理论Bdzil和浣石的工作尚无法解决边界问题, 还不能使反应区封闭, 揭示整个二维爆轰波的结构由于化学反应区内的高温高压环境, 爆轰化学反应的时空尺度与宏观的时空尺度相差几个数量级, 化学反应区内反应物的物性及化学反应细节的复杂性, 使得化学反应流动方程组难以线性化和解耦处理所以, 理论研究相当困难爆轰波的结构远不象ZND模型描述的那样简单, 对爆轰波结构的研究已经揭示出, 爆轰波不是光滑面, 存在复杂的三维胞格结构[23,30]爆轰的一维理论反映的不过是某种意义上的平均, 准一维爆轰理论和二维定常爆轰模型都只注意了爆轰过程的流体力学特征, 没有充分考虑其化学反应问题, 不能清晰地给出爆轰波结构的细致图象从这一点上来说, 至今爆轰理论还很不成熟ZND模型由于它的模型简单, 又在一定程度上反映问题的实质,被广泛采用。
近年来, Bdzil[31-36]和Lambourn[37]等把Whitham[38-40]研究冲击波传播的冲击动力学思想方法引入爆轰传播问题研究当中, 提出了很有希望的计算多维爆轰波传播的方法这种方法被称为爆轰冲击动力学(DSD)方法, 用于研究拟定态二维爆轰波的传播、散心波、绕射波和拐角效应等问题,这是爆轰理论研究的新进展最后, 值得一提是, 1992年, Bourlioux[41]通过数值计算给出了二维爆轰波的胞格结构图像和细节; 1993年, 何远航[42]从非平衡态热力学角度, 应用最小熵增原理从理论上得到了二维轴对称爆轰波阵面控制方程这些, 不能不说是令人感兴趣的工作, 但还有待于进一步验证研究简史小尺寸拐角装药和小尺寸弯曲装药爆轰波传播, 其实质属于曲面爆轰波的拐角绕射问题对爆轰波拐角绕射这一类问题的最早研究可追溯到1948年, Jones[7]在利用高速摄影机研究炸药内爆轰波扩展时, 发现由小药柱向大药柱传播的爆轰波, 大药柱内的起爆点并非位于端部, 而是位于药柱内, 并自起爆点有一个反向扩展波爆轰波传播的扫描曲线是一弯钩形曲线, Jones定义这一现象为“弯钩效应”(Hook Effect)。
同时, Herzberg[71]则发现了在小面积起爆条件下爆轰波侧向扩展的延迟传播现象, 并证明了这种现象不是由于低速爆轰现象所致1981年, Cox[72]对TATB炸药的爆轰拐角绕射现象进行了研究, 得到了装药密度、起爆药柱面积和环境温度与拐角绕射现象的关系, 并研究了拐角绕射现象中存在的不爆区域的大小Bonthux[73]对两种以RDX和PETN为主体的混合炸药进行了拐角绕射现象的研究, 获得了受主药柱种类对拐角绕射现象的影响, 以及离散爆轰波在不同方向上的速度八十年代中期以来, Held[74-76]研究了起爆冲击波强度对拐角绕射现象的影响,包括起爆药柱种类及尺寸、受主药柱面积及端部约束条件的影响Bartlma和Schroder[77]利用高速摄影技术研究了爆轰波在气体炸药中的拐角绕射现象, 得到了绕射波阵面形状, 指出绕射波阵面是自相似的, 甚至可能和化学反应区分离国内学者也进行了这方面的研究1990年, 刘举鹏[64]对这一现象的形成机理进行了研究, 指出其形成机理可以抽象为爆轰波侧向起爆现象1994年, 赵同虎等人[78]获得了硝基甲烷中爆轰波拐角绕射的波阳面形状, 及在此过程中存在不完全反应区的结果。
注意: 以上引文因为写于1995年, 某些写法并不符合《博士论文格式与要求》的规定, 请不要采用,比如参考文献的标注等) [例4] 本例给出关于“魔芋应用历史”的一段综述(引自:罗立新,不同工艺条件下合成魔芋葡甘聚糖基树脂及性能研究, 博士学位论文, 北京理工大学, 2004)1.5.1魔芋应用历史人类利用魔芋(又称蒟蒻)的历史已有两千多年(李恒,1997)西晋文学家左思(272)在《蜀都赋》（萧统，1977）中就有“其园则有蒟蒻茱萸，瓜畴芋区”的表述西晋人崔豹的《古今注》（王念孙，1983）中也有 “杨州人谓蒻为斑杖,不知食之”的记载经李恒和龙春林（1989）考证,首载于《名医别录》的由跋就是魔芋，许多本草著作把魔芋的一、二年生苗称为由跋（苏敬，1981;唐慎微,1957）陶弘景在《神农本草经集注》中说：“由跋出始兴（今广东始兴），今人也种之状如乌翣而布地,花紫色,根似附子”(唐慎微1982)而孙二虎（1990）认为先秦古籍《尔雅》所记录的“芋”和“芋荧”是现今所知魔芋最早的中国名称宋太祖开宝六年（973）刘翰、马志等人修篡的《开宝新详定本草》及其修订版《开宝重定之本草》是宋代第一部官修的药典性本草著作，也是我国乃至世界上第一部板刻印刷的药物学书籍，开始以“蒟蒻”为药名介绍其功效。
嘉祐六年（1061）,掌禹锡撰成《图经本草》20卷,共载药物780,绘有933幅药图,是我国第一部板刻印刷的药物图谱,其中称“吴中生蒟蒻亦称鬼芋”明代李时珍（1518 ~ 1593）在《本草纲目》（第十七卷毒草类）（李时珍，1975）中作有记载蔡希陶（1937）在30年代对我国蒟蒻属植物就进行过考证新中国的医学书籍《江西中草药》（江西省卫生局，1970）,《贵州草药》（贵州省中医研究所，1970）,《全国中草药汇编》（全国中草药汇编编写组，1986）,《抗癌本草》（常敏毅，1987）,《中药大词典》(江苏新医学院，1997)等均有记载目前，魔芋主要消费国为日本日本种植蒟蒻是由我国传入朝鲜后再传入日本，现在蒟蒻为日本人膳食生活中配餐必不可少的食物，每年蒟蒻食品销售达几千亿日元在日本，魔芋药用记载均在我国之后平安时代承平年间（931 - 937）日本诗人源顺氏著作《和名类聚抄》中“蒟蒻，文选蜀都赋注云蒟蒻其根白，以灰汁煮即成冻，以苦洒淹食，蜀人珍之”后又见于《宜禁本草》和《倭汉三才图绘》2002年5月日本魔芋主要产区为群马县,占总产量的85％, 其余为枥木6％, 埼玉2％, 茨城1.5％, 福岛1.3％。
[例5] 本例给出“我国IEF制备研究现状”的表格归纳表1.1 我国IEF制备研究现状IEF类型文 献粘胶基阳离子IEF强酸及弱酸IEF或功能无纺布强碱及弱碱IEF两性IEF胺肟基IEF硫脲基IEF磷酸酯基IEF螯合纤维曾汉民, 于卫红, 张路, 1987周绍箕, 田琴芝, 阎秀贞等, 1983, 1986张金忠, 周绍箕, 1993陆耘, 汤丽鸳, 曾汉民, 1987,1989陆耘, 汤丽鸳, 伍东扬等, 1987,1989曾汉民, 陆耘, 朱世平, 1990陆耘, 张柱, 曾汉民, 1992a, b周林, 周绍箕, 1992, 1993Lu Yun, Zhang Zhu and Zeng Hanmin, 1994杜秀英, 陆耘, 符若文等, 1999周绍箕, 田琴芝, 阎秀贞等, 1983谭绍早, 沈家瑞, 李光吉等, 1998周丛章, 2003符若文, 王菲, 杜秀英等, 2000符若文, 张春霞, 许家瑞, 2001林伟平, 陆耘, 曾汉民, 1991Lin Weipin, Yun Lu and Zeng Hanmin, 1993a, b汤顺清, 陆耘, 曾汉民, 1995, 1996a, b陆耘, 林伟平, 曾汉民, 1991刘瑞霞, 张宝文,汤鸿霄, 1996Li Huanqiu and Zhou Shaoji, 1996, 1997姚占海, 饶蕾, 除俊, 1995a, b, 1998(引自: 杨海燕, 强酸性离子交换纤维制备及应用研究, 博士学位论文, 北京理工大学, 2004)[例6] 本例给出“我国IEF应用研究现状”的表格归纳。
表1.2 我国IEF应用研究现状IEF应用领域文 献金属铀的提取和分离稀土元素分离重金属离子吸附废水处理气体净化制备抗菌功能纤维周绍箕, 田琴芝, 阎秀贞, 1987陈励权, 董长发, 辛文达, 1986陆耘, 汤丽鸳, 曾汉民, 1987, 1988, 1993曾汉民, 于卫红, 1987a, b, c陆耘, 傅英毅, 岳中仁等, 1997, 1999车荣睿, 聂艳梅, 1987, 1988, 1993陈水挟, 吴常表, 陆耘等, 1998, 1999吴敦虎, 张建民, 颜秋兰, 1990谢艳夏, 胡乔生, 1990庞承新, 1994宋光溥, 蒋志贤, 施清, 1989吴政, 崔成民, 田树盛等, 1999a, b 王新泉, 1995闫玉德, 巩莹, 刘汴凤, 1996张华, 胡灵, 张兴祥, 1997萧耀南, 曾汉民, 2001a, b, c(引自: 杨海燕, 强酸性离子交换纤维制备及应用研究, 博士学位论文, 北京理工大学, 2004)[例7] 本例给出“铈锆氧化物固溶体的主要研究概况”的表格归纳表1.1 铈锆氧化物固溶体的主要研究概况第1作者(年份)1)主要研究结论Murota(1993)Ozawa(1993)Yashima(1994)Fornasiero(1995)Ranga(1996)Vlaic(1997)Hori(1998)Jen(1999)Putna(1999)Gonzalez-Velasco(2000)Martinez-Arias(2000)Bedrane(2002)Martinez-Arias(2002)Liotta(2003)冯长根(2003)首次报道了CexZr1-xO2具有较高的储氧性能首次报道了含CexZr1-xO2的TWC具有较高的催化活性CexZr1-xO2的(X=0.2~0.8)中存在３种亚稳态皿方晶相t、t,和 t,, OSC取决于晶相结构，立方相的ＯＳＣ大于四方相在负载的催化剂上ＮＯ的还原与体相氧缺陷有关晶格形变促进体相氧移动从而使Rh/Ce0.5Zr0.5O2具有较好的还原性能1000℃高温老化后,含CexZr1-xO2的Pt催化剂仍具有较高的OSC高温老化后Pd对CexZr1-xO2的还原具有促进作用给出了储氧性能的动力学模型热处理气氛经及配气组成对CexZr1-xO2的性能有很大影响在γ-Al2O3表面所形成的二维(2D)CeZrO4固溶体结构比较容易还原随着温度的升高,含Ce0.63Zr0.37O2的贵金属催化剂的OSC增大,这主要与固溶体的体相扩散性能有关高温老化导致TWC活性降低的原因是由于CexZr1-xO2对Pd的助催化作用降低的缘故经过连续高温氧化还原处理后, CexZr1-xO2的OSC增大含CexZr1-xO2的全PdTWC具有较好的耐高温性能注: 1) 只给出了第1作者, 详细作者名录见参考文献(引自: 胡玉才, 铈锆氧化物固溶体在汽车三效催化剂中的应用研究, 博士学位论文, 北京理工大学, 2003)[例8]本例给出“不同基体离子交换纤维的交换吸附性能”的表格归纳。
表1.1 不同基体离子交换纤维的交换吸附性能基体纤维交换基团制备方法总交换容量/(mmol-g-1)对离子的交换吸附量/(mmol-g-1)资料来源纤维素纤维素聚乙烯醇聚乙烯醇聚乙烯醇聚乙烯醇聚丙烯聚丙烯聚乙烯/聚苯乙烯聚乙烯/聚苯乙烯聚乙烯/聚苯乙烯－OPO3Na2－OC2H4N(C2H5)2－OPOOH2－SO3H、－COOH－COOH－COOH－SO3H－N(CH3)2－SO3H－CH2N+(CH3)3Cl－直接功能化直接功能化直接功能化脱水－磺化预氧化－功能化化学接枝辐射接枝苯乙烯－磺化辐射接枝苯乙烯－功能化辐射接枝共混物成纤－磺化共混物成纤－功能化共混物中空纺丝－功能化约0.7约1.03.70<25.94约7.43.0~4.63.1~4.42.61.3~2.4酸性:3.64La,Ca:2.8La:80~114mg-g-1Pb:86~670,阳离子染料:760钱庭宝,1984钱庭宝,1984苏致兴,1985孟炳林,1984曾汉民,1987陆耘,1987Soldatov V S, 1988Soldatov V S, 1988。