通道式制備技術(shù)具有高效的混合和傳遞性能、反應(yīng)空間小、模塊化結(jié)構(gòu)、并行放大，可有效提高反應(yīng)過程安全性和過程的精準調(diào)控，實現(xiàn)連續(xù)安全生產(chǎn)等優(yōu)點，其應(yīng)用領(lǐng)域正在從精細化工、醫(yī)藥等逐漸拓展至含能材料領(lǐng)域，可有效解決傳統(tǒng)間歇反應(yīng)模式中所存在的合成過程可控性差、效率低、危險性高、工程放大難等問題。目前，通道式制備技術(shù)已實現(xiàn)了多種含能材料的合成、結(jié)晶及包覆過程，從而開啟了含能材料制備模式的革新時代。因此，可以預(yù)見在未來幾年內(nèi)，含能材料通道式制備技術(shù)將在基礎(chǔ)研究和原始創(chuàng)新方面持續(xù)發(fā)力，在工程應(yīng)用方面不斷突破，形成通道式制備工藝設(shè)計和裝置研發(fā)能力，實現(xiàn)含能材料的本質(zhì)安全生產(chǎn)，為推進新時代武器裝備的高質(zhì)量發(fā)展提供強大科技支撐。

1.含能材料通道式制備技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（1）含能材料通道式制備技術(shù)特點

目前，含能材料制備普遍采用反應(yīng)瓶/釜為載體的間歇式制備技術(shù)，經(jīng)小試、中試、擴試等階段實現(xiàn)制備能力的逐級放大。傳統(tǒng)制備技術(shù)雖然具有適應(yīng)性強、裝置制造技術(shù)成熟等優(yōu)勢，但存在在線載藥量大、傳質(zhì)傳熱效率低、工藝參數(shù)控制精度差、逐級放大復(fù)雜等問題，易造成產(chǎn)品質(zhì)量波動和反應(yīng)過程失控，亟需發(fā)展新工藝技術(shù)和新裝備，從本質(zhì)上解決其過程安全、放大和調(diào)控等問題。通道式制備技術(shù)興起于上世紀九十年代初，其連續(xù)、安全、高效的特點能夠很好解決高污染、高能耗、易燃、易爆等諸多行業(yè)所面臨的共性技術(shù)難題，契合了含能材料安全可持續(xù)發(fā)展性的迫切需求，從而掀起了通道式技術(shù)在含能材料制備領(lǐng)域的研究熱潮，不斷豐富該技術(shù)的研究內(nèi)涵，促進工藝技術(shù)創(chuàng)新、核心裝置開發(fā)與工程化應(yīng)用。

在研究內(nèi)涵上，含能材料通道式制備是指通過不同結(jié)構(gòu)和尺寸的通道反應(yīng)器，以連續(xù)流動模式進行多個物料的混合和過程工藝參數(shù)的調(diào)控，實現(xiàn)單質(zhì)及復(fù)合炸藥的連續(xù)可控制備。目前，含能材料通道式制備技術(shù)內(nèi)涵主要包括通道式合成、結(jié)晶、包覆等內(nèi)容，涉及化學(xué)工程、流體力學(xué)、安全評估及在線檢測等多個研究方向。此外，通道式制備技術(shù)具有較高的集成兼容性，可與新興綠色化學(xué)技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)等集成，逐步形成了具多學(xué)科交叉特性的研究領(lǐng)域。

在裝置能力中，通道反應(yīng)器是含能材料通道式制備中最為核心的單元。通道式反應(yīng)器具有體積小、載藥量低、停留時間分布窄、溫度精確控制等優(yōu)勢，其出色的“三傳一反”特性，在反應(yīng)過程強化和裝置系統(tǒng)小型化中發(fā)揮了重要作用。相較于間歇式制備技術(shù)，通道式制備技術(shù)在線載藥量降低至釜式的1%～1‰，傳質(zhì)傳熱效率數(shù)量級提升，危險系數(shù)顯著下降，有效提升了含能材料制備過程的安全性。為實現(xiàn)某化學(xué)或物理功能，可將不同類型的通道反應(yīng)器進行組合，形成通道單元模塊。將不同功能的通道單元模塊進行系統(tǒng)集成，配套溫度控制系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)等輔助單元，形成通道單元撬塊（圖1）。通道單元撬塊具備獨立完成含能材料全流程連續(xù)化制備的關(guān)鍵核心能力，在此基礎(chǔ)上進行并聯(lián)復(fù)制，可快速實現(xiàn)含能材料的規(guī)?；糯蠛团炕苽?。通道式反應(yīng)技術(shù)以柔性模塊化進行集成，可實現(xiàn)含能材料現(xiàn)代化生產(chǎn)線的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和智能化控制，是提升武器裝備現(xiàn)代化水平的強有力手段和途徑。

圖1 通道單元撬塊示意圖

（2）含能材料通道式制備技術(shù)應(yīng)用與難點

通道式制備技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了部分硝基、硝酸酯、疊氮、氮雜環(huán)類含能材料的連續(xù)安全合成，包括液體含能材料（硝化甘油、硝酸異辛酯、含能增塑劑NENA）、固體含能材料（LLM-105、硝基胍、ADN）等。其中，部分硝酸酯類等液體含能材料的通道式合成已完成工業(yè)示范運行，充分展示出了通道式制備安全高效的優(yōu)勢（Bradley Sleadd，Insensitive Muntions & Energetic Materials Technology Symposium，2019，22164.）?；诤懿牧贤ǖ朗街苽涞膬?yōu)勢，美國LLNL 國家實驗室、德國ICT 研究院等國外軍事研究機構(gòu)在技術(shù)研究基礎(chǔ)上，已具備了初具規(guī)模的含能材料通道式合成能力。目前，國內(nèi)在含能材料通道式合成方面研究活躍，取得了顯著進展，但多集中在基礎(chǔ)科研領(lǐng)域，距應(yīng)用尚有距離；通道式制備技術(shù)也逐漸應(yīng)用于含能材料晶體形貌、晶型以及聚集結(jié)構(gòu)等過程調(diào)控，準確調(diào)控結(jié)晶環(huán)境，可實現(xiàn)形貌、粒徑等晶體形態(tài)的精細化調(diào)控。但不論含能材料合成還是結(jié)晶，通道式制備技術(shù)還主要集中于液相或低固含量體系。如何實現(xiàn)高固高黏度體系的通道式制備，仍是極具挑戰(zhàn)性難題。新型通道反應(yīng)器的設(shè)計及超聲、聲共振等過程的輔助協(xié)同，有望提供解決方案和策略。

作為新的制備模式，發(fā)展含能材料通道式制備的安全性評估技術(shù)、過程分析技術(shù)迫在眉睫，構(gòu)建相應(yīng)標準規(guī)范體系極其重要，相關(guān)內(nèi)容已引起含能材料工作者的重視，相關(guān)研究正在開展中，研究成果必將進一步豐富含能材料通道式制備技術(shù)內(nèi)涵。

2.含能材料通道式制備技術(shù)發(fā)展趨勢與思考

作為一種創(chuàng)新技術(shù)，通道式技術(shù)在含能材料制備方面已表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢和潛力，但目前仍屬起步階段，尚有諸多基礎(chǔ)科學(xué)問題和工程應(yīng)用難題亟待研究和突破。未來可針對以下三個方面開展進一步的研究工作：

（1）建立多樣化技術(shù)手段和方法，揭示深層次反應(yīng)機理與機制

目前，含能材料通道式制備技術(shù)多集中在工藝技術(shù)的開發(fā)，通道式反應(yīng)深層次機理及機制認知尚待形成，高固相體系的堵塞難題尚未得到有效解決。通過超聲、聲共振等與通道式制備技術(shù)的協(xié)同設(shè)計及應(yīng)用（Joe Mayne，Insensitive Muntions & Energetic Materials Technology Symposium，2022，24843.），在抑制固相沉淀方面已初見成效，為高固體含能材料通道式合成研究提供了很好的解決方案和策略。在機制研究方面，通過仿真建模、理論計算和實驗驗證相結(jié)合的方式，加深含能材料通道式制備過程強化機制的研究，揭示微尺度下傳遞、反應(yīng)及其耦合與調(diào)控機制。同時，發(fā)展通道式過程分析技術(shù)，將多種在線檢測手段與反應(yīng)系統(tǒng)進行集成，實現(xiàn)制備過程工藝參數(shù)可視化，形成多尺度貫通的研究手段和方法，建立對含能材料通道式制備技術(shù)的科學(xué)認知體系。

（2）構(gòu)建技術(shù)體系標準及方法，指導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

在含能材料通道式制備的工藝研發(fā)中，仍通過大量試錯法獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，缺乏工藝適用性評價準則，亟需建立標準體系及方法，用以指導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。運用正向設(shè)計方法建立釜式工藝向通道式工藝轉(zhuǎn)換的方法體系，加強通道式工藝與設(shè)備的匹配設(shè)計與開發(fā)，實現(xiàn)含能材料制備工藝的快速開發(fā)及其與設(shè)備的深度融合。建立通道式技術(shù)的工藝適用性和安全性評價準則，從反應(yīng)器的設(shè)計、反應(yīng)熱風險評估、反應(yīng)體系的研判及安全等級的評價方面著手，建立通道結(jié)構(gòu)類型、工藝參數(shù)和安全閾值數(shù)據(jù)庫，形成指導(dǎo)含能材料通道式制備的行業(yè)規(guī)范與標準。

（3）加強多鏈條技術(shù)互通，實現(xiàn)多領(lǐng)域交叉融合

含能材料通道式制備技術(shù)不僅可以助力新型含能分子的高效研發(fā)，更利于生產(chǎn)環(huán)節(jié)上多工序的連續(xù)化制備?；谕ǖ肋B續(xù)流動模塊的智能平臺的開發(fā)，證實了集成通道式、自動化和機器學(xué)習等先進技術(shù)在實現(xiàn)新物質(zhì)高通量 篩 選 與 制 備 上 的 可 行 性（C W Coley，et al.Science，2019，365：1566；S Chatterjee，et al.Nature，2020，579：379.）。因此，打通分子設(shè)計、連續(xù)化合成、在線檢測、數(shù)據(jù)分析、智能決策、優(yōu)化迭代等多個流程，通過將自動化技術(shù)、機器學(xué)習技術(shù)與通道式技術(shù)深度融合，構(gòu)建含能材料智能化高通量合成平臺，是未來新型含能材料創(chuàng)新開發(fā)的重要載體。加強含能材料反應(yīng)、洗滌、過濾、干燥等多工序集成的全鏈條互聯(lián)互通，開展通道式制備前后處理工序的自動化、連續(xù)化匹配設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)驗證，形成數(shù)智化工程裝備的核心技術(shù)與能力，是推動含能材料通道式制備技術(shù)深度發(fā)展的重要理念。

3.總結(jié)

作為含能材料領(lǐng)域的新興技術(shù)，通道式制備技術(shù)的優(yōu)勢顯而易見，已經(jīng)得到廣大科研工作者的認可和高度關(guān)注，技術(shù)內(nèi)涵日趨豐富和完善，但工程應(yīng)用階段仍面臨著諸多挑戰(zhàn)。然而，挑戰(zhàn)與機遇并存，越來越多的科研工作者投身于含能材料通道式制備技術(shù)領(lǐng)域的研究，不斷探索與開發(fā)新的含能材料體系和制備技術(shù)，聚力關(guān)鍵核心技術(shù)研究攻關(guān)，正為通道式制備科學(xué)工程技術(shù)難題提出創(chuàng)新性解決方案。不容忽略的是，任何先進技術(shù)都具有兩面性，通道式制備技術(shù)不是萬能的，并不適用于所有的含能材料體系，自身也存在短板和缺陷，但也正因為如此，才更值得含能材料科研工作者去深度研究和挖掘，從而實現(xiàn)產(chǎn)-學(xué)-研的深度貫通和創(chuàng)新性、突破性成果的轉(zhuǎn)化運用。這也是推動含能材料通道式制備技術(shù)長遠發(fā)展的內(nèi)生動力，是通道式制備技術(shù)在含能材料制備中的真正價值和意義。