摘要 空间天气是一种由太阳和恒星的辐射引起的放射性和原子粒子现象。它是可能对基础设施产生短期和长期影响的极端气候事件之一。这种现象的影响是多方面的,包括电子系统、设备和组件故障、对宇航员和机组人员的短期和长期危害和后果、卫星的静电荷变化、电信系统和导航系统的中断、电力传输故障以及对铁路交通和电网的干扰。关键基础设施正变得相互依赖,如果其中一个基础设施因空间天气而受到影响,这些基础设施就会变得脆弱。极端空间天气事件和长期演变可能会对铁路基础设施产生直接和间接影响,因为这些影响会对系统组件产生直接和间接影响,例如轨道电路、信号系统中的内置电子元件,或通过对电力、通信等的相互依赖而间接产生影响。虽然一些与空间天气相关的研究侧重于电网、全球导航卫星系统 (GNSS) 和航空部门,但很少有人关注铁路基础设施中断的可能性。尽管如此,空间天气对信号和列车控制系统造成的干扰已有记录,但其他系统对铁路基础设施的影响并不大。
金属连接网络 (MBN) 是指飞机末端(机翼、尾翼、垂直稳定器等)内各种金属部件的有意互连,以建立低电阻路径并均衡电势。MBN 确保飞机结构和设备不同部分之间的有效连接,特别是为了缓解 ESD。MBN 通过提供低电阻路径,使静电荷通过导电结构通过电离消散到环境中,或通过起落架和导电橡胶飞机轮胎直接接地,从而帮助消除静电放电事件。接合面粘合和粘合带(也称为“柔性接头”)用于物理连接金属和结构部件,例如机翼、控制面、天线和静电芯,以建立电连续性并均衡电势。这些接地连接有助于防止整个飞机中静电的积聚,这是电磁干扰管理中一项关键的安全要求和缓解因素。ESN 和 MBN 是整体电气接地和保护策略不可或缺的组成部分,它们共同提供可靠的电气环境、减轻雷击相关风险并管理 EMI。最重要的是,这两个系统对于满足乘客和环境安全要求至关重要——这是所有飞机的基本问题,但对于 eVTOL 车辆来说尤其令人担忧,因为 eVTOL 车辆必须实施更严格的接地程序,以有效地接地高压电池、控制器和电机,以保护乘客和地勤人员。
为了降低 RO 工艺的能量需求,研究人员还在研究其他技术,如纳滤。[3–5] 在这些技术中,电容去离子 (CDI) 在能耗、工艺简单、减少结垢和低成本方面具有众多优势。[6] 对于 CDI,不需要膜和压力。盐通过电场去除,并以双电层 (EDL) 的形式储存在多孔介质中以产生淡水。电容技术的传统电极依赖于高导电性和高表面积的碳基材料。[7–10] CDI 的工作原理与流体电化学电容器相同;[11] 对浸入含有电解质的溶液中的两个多孔电极施加电压,离子被吸引到电极表面并形成 EDL。这种机制可以在不施加过压的情况下从水中去除盐分,由于没有机械运动部件,因此维护工作量较少。此外,能量不会在此过程中损失,而是以电化学能的形式储存在电极内部。因此,它可以以静电荷存储特有的极高效率进行回收。遗憾的是,这项技术的现状与更成熟的反渗透技术的性能还相差甚远。[7,12] 必须开发出具有高除盐率、低能量损失和可扩展工艺的新材料。在这种情况下,具有净表面电荷的功能化材料引起了科学界的极大兴趣。[13–15] 众所周知,控制表面电荷的种类可以提高 CDI 设备的脱盐性能,因为这与微调零电荷电位 (V PZC ) 的可能性直接相关。 [16,17] V PZC 是必须施加在电极上以确保其表面电中性的电位。通常,每种材料都有自己的 V PZC,这取决于其表面存在的化学物质。例如,由高氧化度碳原子构成的氧化石墨烯 (GO) 在水中始终显示负的 z 电位,因此如果用作 CDI 电极材料,则具有正的 V PZC。考虑电极 V PZC > 0 的情况将有助于阐明这一概念。在平衡状态下,该电极的表面将充满正电荷。然后,如果施加大于 V PZC 的电压,就会发生称为“共离子驱逐”的现象。从 0 到 V PZC 的电位将用于排出表面上自然存在的正电荷(同离子),而其余部分( V − V PZC )将用于存储负电荷(反离子)。类似的推理