Surface characteristics analysis of fractures induced by supercritical CO_(2)and water through three-dimensional scanning and scanning electron micrography

Morphology of hydraulic fracture surface has significant effects on oil and gas flow,proppant migration and fracture closure,which plays an important role in oil and gas fracturing stimulation.In this paper,we analyzed the fracture surface characteristics induced by supercritical carbon dioxide(SC-CO_(2))and water in open-hole and perforation completion conditions under triaxial stresses.A simple calculation method was proposed to quantitatively analyze the fracture surface area and roughness in macro-level based on three-dimensional(3D)scanning data.In micro-level,scanning electron micrograph(SEM)was used to analyze the features of fracture surface.The results showed that the surface area of the induced fracture increases with perforation angle for both SC-CO_(2)and water fracturing,and the surface area of SC-CO_(2)-induced fracture is 6.49%e58.57%larger than that of water-induced fracture.The fractal dimension and surface roughness of water-induced fractures increase with the increase in perforation angle,while those of SC-CO_(2)-induced fractures decrease with the increasing perforation angle.A considerable number of microcracks and particle peeling pits can be observed on SC-CO_(2)-induced fracture surface while there are more flat particle surfaces in water-induced fracture surface through SEM images,indicating that fractures tend to propagate along the boundary of the particle for SC-CO_(2)fracturing while water-induced fractures prefer to cut through particles.These findings are of great significance for analyzing fracture mechanism and evaluating fracturing stimulation performance.

Adverse Effects of Permanent Waving and Hair Relaxation—Assessment by Scanning Electron Microscopy (SEM)

Permanent waving is very popular in Japan. Polypeptide chains (main chains) form the principal components of hair, and they are lined up longitudinally. Hair relaxation is also called straight permanent waving, and there are methods that change curly or wavy hair into straight hair. Hair damage as a result of winding, combing, and using high-temperature hairdressing irons is also often seen. By using scanning electron micrographs (SEM) we showed broken hairs and hair damage caused by permanent wave solutions. The hair damage is obvious when comparisons are made with the condition of the hair surface, condition of the cuticle, etc. Hair swelling by permanent wave solutions, manipulations such as winding, etc., inadequate rinsing with water, procedures on injured hair at the outset, etc., are considered possible reasons for any of these types of injury.

Scanning Electron Micrographic Investigation of Explanted (Used) Metallic Biomedical Implants for Corrosion and Other Mechanical Damage Responsible for Failure

This paper deals with detailed corrosion analysis of explanted devices. The study of total 6 different types of orthopedic metallic implant was carried out after collecting the clinical report from the doctors, who performed these implantations. The clinical report covered the purpose of implantation, body part where implantation was done, and physiological reasons of removal of implant. The metallurgical investigation to study corrosion and any other mechanical damage to the implant surface during their service period was done using the Scanning Electron Micrography. SEM presented in this paper reveals the presence of in-vitro corrosion and mechanical damage as well, which are corroborating well with clinical reports.

基于SEM的土体微观结构三维分析与分维计算方法

土体微观结构研究很早就建立了三维空间的分形模型,但分形维数计算所需参数很难由常规土工试验得到,限制了分形理论在土体研究中的应用。基于陕西定边与甘肃兰州原状土样的扫描电镜(SEM)试验,提出了三维化处理与三角形网格原理联合方法,可以得到土体颗粒(孔隙)不同测量尺度对应的表面积与体积计算值,由此实现分形维数的计算,并通过分形理论在土水特征中的应用验证了方法的有效性与可靠性。另外,三维化处理还可获取视孔隙率、比面等土体微观结构参数,可以作为土体微观结构定量分析研究的新途径。

Evolution of pore systems in low-maturity oil shales during thermal upgrading--Quantified by dynamic SEM and machine learning

In-situ upgrading by heating is feasible for low-maturity shale oil,where the pore space dynamically evolves.We characterize this response for a heated substrate concurrently imaged by SEM.We systematically follow the evolution of pore quantity,size(length,width and cross-sectional area),orientation,shape(aspect ratio,roundness and solidity)and their anisotropy—interpreted by machine learning.Results indicate that heating generates new pores in both organic matter and inorganic minerals.However,the newly formed pores are smaller than the original pores and thus reduce average lengths and widths of the bedding-parallel pore system.Conversely,the average pore lengths and widths are increased in the bedding-perpendicular direction.Besides,heating increases the cross-sectional area of pores in low-maturity oil shales,where this growth tendency fluctuates at<300℃ but becomes steady at>300℃.In addition,the orientation and shape of the newly-formed heating-induced pores follow the habit of the original pores and follow the initial probability distributions of pore orientation and shape.Herein,limited anisotropy is detected in pore direction and shape,indicating similar modes of evolution both bedding-parallel and bedding-normal.We propose a straightforward but robust model to describe evolution of pore system in low-maturity oil shales during heating.

Ultrastructural Analysis of the Ontogenetic Development of Shoot Induced from Embryonic Axes of Costa Rican Bean Varieties (<i>Phaseolus vulgaris</i>L.) under <i>in Vitro</i>Conditions by Scanning Electronic Microscopy

Common bean (Phaseolus vulgaris L.) is an economic important crop and one of the major grain legumes for human consumption in Latin America, Africa and Asia. A morphological study of shoot induced from embryonic axes development in four Costa Rican bean varieties (Brunca, Huetar, Guaymi and Bribri) cultivated on MS media with or without 5 mg·L–1 de N6-benzylaminopurine (BAP) by scanning electron microscopy (SEM) was developed in the present work. Micrographs showed similarities and differences in the ultrastructure of the apical dome, epidermal surface, stomata and different types of trichomes in the varieties cultivated on organogenesis media. Genotypes with advantageous morphological characteristics for genetic transformation, in particular an exposed apical dome, were identified. This work will contribute to the optimization of the in vitro regeneration of four common bean varieties.

中国南方高成熟泥页岩有机质微观特征研究

页岩有机质孔隙对页岩气勘探开发有着重要的指示作用,对页岩气生成及运移机理的认知有着重要意义,是研究人员关注的焦点问题。本文采用自然断面制样方法,利用扫描电镜对中国南方高成熟泥页岩进行观察研究发现,有机质主要以三种形态存在于页岩中,一种是细微的颗粒状,微粒尺寸约10~100 nm,与周围矿物界限不明显;一种是呈块状,尺寸多超过10μm,断口表面光滑;一种是部分保留生物形态的有机质,从数量而言以前两种为主。结合有机质成因及特征,作者对其进行分类:第一种为干酪根,第二种为沥青,第三种为生物碎屑。干酪根和沥青中都可能生成孔隙,干酪根内孔隙尺寸较小,形态不规则,沥青中的孔隙尺寸较大,呈气泡状,孔壁较圆滑。因为在泥页岩中干酪根占比比固体沥青多,而且高成熟度的页岩中干酪根中普遍发育孔隙,沥青中较少发育孔隙,所以干酪根孔隙是有机质孔隙的主体。

水体pH对福寿螺和中国圆田螺存活及器官结构的影响

近年来,福寿螺(Pomacea canaliculata)同本地螺类竞争力的研究主要集中在温度、干旱和饥饿等因素。为探究酸碱胁迫下福寿螺与华南地区常见淡水螺中国圆田螺(Cipangopaludina chinesis)的响应特征,本研究以五种不同的水体pH作为梯度,对福寿螺和中国圆田螺进行处理,以研究其存活情况,并利用扫描电镜观察两种螺类肝脏和头部的表面结构变化。结果显示:两种螺在酸碱胁迫下都会出现一定程度的死亡,福寿螺在水体pH值4.5、6.5、8.5、10.5的存活率均高于中国圆田螺,对酸碱适应范围更广,但pH 2.5处理下中国圆田螺存活率更高。同时,扫描电镜结果显示,酸碱胁迫下两种螺头足部和肝脏存在明显的外表破损,但中国圆田螺肝脏和头足部损伤更为严重。结果表明,福寿螺比本地中国圆田螺具有更强的酸碱耐受性和适应性。

硼砂煅制工艺优化及质量评价

目的 优化硼砂煅制工艺,并对其进行质量评价。方法 以铺设厚度、煅制温度、煅制时间为影响因素,失水率、蓬松度、粉碎率、四硼酸钠含量为评价指标,星点设计-效应面法优化硼砂煅制工艺。采用扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)、拉曼光谱、X射线衍射(XRD),比较硼砂煅制前后质量差异。结果 最佳条件为铺设厚度2 cm,煅制温度365℃,煅制时间100 min。煅制后,硼砂微观形态、成分组成、晶型结构发生变化,失去全部结晶水而转变为非晶体状态。结论 该方法稳定可行,可用于工业大批量生产煅硼砂。

口罩多层材料过滤施工扬尘机理的研究

尘肺病是所有职业病患者中人数最多的一种职业病,受到了国家卫生健康委员会的高度重视。作为预防尘肺病的最后一道防线,口罩的过滤机理成为研究热点。针对口罩的多层材料对施工扬尘的过滤机理,研究首先基于51单片机进行了模拟呼吸试验,并将其与建筑工人真实佩戴口罩的场景作对比,验证其可靠性。其次,利用研制的模拟呼吸装置收集了在施工扬尘环境中不同佩戴时间的一次性使用口罩。最后,使用扫描电子显微镜对收集到的口罩样本进行微观层面污染物的观察,并计算了口罩污染率。研究显示:一次性使用口罩在佩戴8 h后污染率明显上升,因此一次性使用口罩最长佩戴时间不宜超过8 h。鼻翼处内层的污染率高达0.212%,脸颊处内层的污染率高达0.216%,下颌处内层的污染率高达0.174%。在口罩同一部位,对比不同层的污染率发现,口罩内层的污染率最高,其次是口罩外层,最低的是口罩中层。口罩内层污染率最高的原因有3条:(1)模拟呼吸装置与真实人脸的边界条件差距较大,施工扬尘会从通风管和口罩接触的空隙钻进来。(2)国内的一次性使用口罩大多是参照国外设计资料生产,不符合中国人的面部特征,很多施工扬尘直接通过口罩侧边进入了口罩内部。(3)施工扬尘的粒径集中于2~4μm,在口罩外层就被拦截。研究结果对施工扬尘的环境中一次性使用口罩的多层材料选用具有参考意义。同时,研制的模拟呼吸装置为今后实验室研究尘肺病防治提供了一种新的试验手段。

不均匀卵石持力层桩端后注浆效果试验研究

我国东南沿海尤其是温州地区广泛存在上覆深厚软土下覆不均匀卵石的地层。该区域的钻孔灌注桩常采用后注浆技术改善其承载性能。为了评价后注浆技术对这类地层中灌注桩承载力改善效果,开展了相应的模型试验,对比了不同注浆量对桩承载力的影响程度;并结合扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)试验分析了浆液分布特点,探讨了浆液在卵石层中的扩散范围,研究了浆液扩散范围与桩承载力之间的关系。结果表明:浆液能够有效地填充桩端卵石层,注浆量的增加使得填充范围扩大,填充范围为3~4倍桩径时,桩的承载力改善最显著。在不均匀卵石持力层中存在一个最优注浆量,最优归一化注浆量约为2.8,若超过该最优注浆量归一化值,桩的承载力不再显著提高。单桩模型试验确定的最优注浆量与刘金砺公式[1]的预测结果接近。扫描电镜技术有助于评价桩的后注浆技术在上覆深厚软土下覆不均匀卵石的土层中的效果。

西藏光核桃资源花粉粒的进化研究

分析光核桃花粉粒形态变化特征,揭示其种质资源内部花粉进化规律。对西藏47份光核桃种质资源的花粉粒进行电镜扫描观察结果发现,有10个材料的光核桃花粉粒外壁形态呈椭圆球形,外壁纹饰呈简单的直纹平行型,穿孔较少或没有,这些材料最为原始;有9个材料的花粉粒外部形态特征条纹复杂,纹孔较多且密,与较为原始材料比较属于进化类型;其他材料则介于两类之间。光核桃资源不是都处于原始阶段,其内部发生了进化,不同类型的资源为光核桃新品种选育和研究提供了丰富的材料。

成型工艺对水泥稳定碎石性能的影响

为研究不同成型工艺对水泥稳定碎石宏观性能的影响,基于骨架密实和悬浮密实2种级配,分别采用强制搅拌静压成型、强制搅拌振动压实、振动搅拌静压成型、振动搅拌振动压实4种工艺制备了8种水泥稳定碎石,采用7 d无侧限抗压试验、28 d单轴贯入试验、7 d温缩试验和7 d干缩试验对水泥稳定碎石宏观性能进行了研究,同时结合扫描电子显微镜微观手段,分析了水泥稳定碎石宏观性能变化机理。结果表明:振动搅拌振动压实工艺下骨架密实级配的水泥稳定碎石力学性能最优,其7 d无侧限抗压强度和28 d单轴压缩模量较强制搅拌静压成型分别提升了169.5%、97.2%。采用振动搅拌振动压实工艺可以促使水泥水化产物生成量增多、结构完善,整体均匀性提高,进而改善水泥稳定碎石宏观性能。

冷冻扫描电镜制样方法及其在含水样品中的应用

常规扫描电镜要求所观察的样品必须干燥、无水,而一些含水样品在干燥过程中会发生结构变化,无法真实反映样品的结构信息。冷冻扫描电镜无需对样品进行干燥处理,可以直接分析含水样品表面、界面和内部结构,是研究高度含水样品的强有力工具。样品的制样方法在冷冻扫描电镜技术中占有重要地位,它直接关系到样品真实形貌特征的反映和对超微结构的正确解读。本文综述了冷冻扫描电镜的制样方法,并阐述冷冻扫描电镜技术在天然气水合物、微生物、乳液、水凝胶、动植物等含水样品中的应用。

玄武岩纤维提升水泥土抗压性能试验研究

水泥土搅拌桩常用于处治山区软弱土路基,但其抗压强度和变形性能较弱,易发生脆性破坏。为此,提出采用玄武岩纤维提升水泥土搅拌桩抗压性能的方法,并通过单轴抗压试验分析纤维掺量和长度对玄武岩纤维水泥土抗压性能的影响规律,最后通过电镜扫描试验(SEM)揭示玄武岩纤维对水泥土的抗压性能提升机理。结果表明:玄武岩纤维水泥土的应力-应变曲线先后经历孔隙压密、弹性变形、弹塑性变形及破坏4个典型阶段;玄武岩纤维的掺入有效提高了水泥土的抗压性能,抗压强度、峰值应变随着纤维掺量的增加先增大后减小,弹性模量随之先减小后小幅上下波动;抗压强度随着纤维长度的增加而减小,峰值应变随之先增大后减小,而弹性模量则先减小后增大,在纤维掺量为0.6%、长度为6 mm时抗压强度最大;玄武岩纤维通过与水泥土颗粒之间的摩擦力和机械锚固力对土体进行摩擦加筋,锚固水泥土内部的裂纹增强颗粒之间的连接作用力,但当纤维过多或者较长时,会出现“堆聚”和“交叉搭接”现象,减少有效加筋纤维数量,从而降低试样的抗压性能,因此在水泥土中掺入玄武岩纤维时,纤维掺量和长度要适宜。

基于SEM和MIP试验结构性黏土压缩过程中微观孔隙的变化规律

为探求土体在变形过程中微结构形态的演化规律,对湛江结构性黏土进行室内压缩试验,通过真空冷冻升华干燥法对天然土和压缩后土制样,进行扫描电子显微镜扫描试验和压汞试验,基于灰度计算土的三维孔隙率,分析压缩过程中微观孔隙的变化规律。结果表明,较二值化处理获得的二维孔隙率,三维孔隙率物理意义明确,求取方法简单,有较高准确性。湛江天然黏土孔径为1.0～0.1μm的小孔隙组占优,其孔隙体积占总孔隙体积的73%。压缩过程中,P>k前,各孔径组分变化甚微。P>k后,随压力的增大,小孔隙含量表现为先增加后降低。各孔隙组对外力的敏感度与孔隙体积含量正相关。由于压汞过程存在"瓶颈"效应,其结果可能会夸大小孔隙的分布密度而低估大孔隙的分布密度。结构性黏土压缩过程中微观结构形态的演化可分为结构微调、结构破损、结构固化3个阶段。该研究有助于深入了解土的变形机制,为结构性土的工程设计提供科学的依据。

实现生物单分子成像的液相扫描电镜新技术

细胞膜蛋白的定位和分布在疾病发生发展中起着重要的作用,而原位表征纳米级膜蛋白需要单分子水平技术。为实现生物样品的原位液态环境高分辨成像,发展了一套基于扫描电镜液体环境的单分子成像技术。该技术采用扫描透射成像装置和商业化液体芯片装置组合,利用该技术观察了三阴性乳腺癌细胞膜蛋白表皮生长因子受体的精确定位、分布和聚合态。结果表明,采用高真空环境大约10~(-4) Pa、加速电压30 kV、束流约10~(-10) A实验参数,液体环境扫描透射成像模式,图像分辨率达到2~3 nm。标定膜蛋白的量子点ZnS@CdSe和Au纳米颗粒,具有相对于生物和液体更高的原子序数,因此在成像中形成了更好的衬度和信噪比。该技术为解决细胞生物学领域的高分辨单分子成像提供了一种先进的原位研究方法和直观观测平台。

驴消化道3种线虫的扫描电镜观察及其系统发育分析

为深入研究采集到的驴消化道3种寄生线虫的体表形态及其系统发育关系,本试验利用扫描电子显微镜技术首次对寄生于驴消化道内的马圆形线虫[Strongylus equinus(Mueller,1780)]、无齿圆形线虫[Strongylus edentatus(Looss,1900)]和杯状彼得洛夫线虫[Petrovinema poculatum(Looss,1900)]的体表形态进行详细观察和描述。提取线虫核糖体DNA内转录间隔区(ITS)基因,对其进行系统发育分析,建立系统发育树。扫描电子显微镜观察结果显示,马圆形线虫有内叶冠80枚,外叶冠180枚,雄虫生殖锥具有2对指状突起,一长一短;无齿圆形线虫有外叶冠80枚,雄虫尾部生殖锥较长,具有2对附属物,分别为乳头状和细长状;杯状彼得洛夫线虫外叶冠呈刺状,32枚,雄虫尾部具有1对小囊状附属物。系统发育分析结果显示,上述3种线虫形态学鉴定结果与系统发育树中该种的分类学地位一致。本试验结果为上述3种线虫的分类鉴定提供更精确的形态和分子生物学依据。

聚集离子束扫描电镜(FIB-SEM)在页岩纳米级孔隙结构研究中的应用

页岩中大量发育的纳米级孔隙组成了页岩气储集的主要空间。聚集离子束扫描电镜(FIB-SEM)通过对页岩样品的连续切割和成像,能够在纳米尺度上三维重建页岩的空间分布。依据不同岩石组分灰度值的差异,可以将页岩内的孔隙、有机质、黄铁矿等分割提取出来,不仅可以三维展示其空间分布形态,还可以对孔隙的分布特征和孔隙度等参数进行定量计算。聚集离子束扫描电镜在页岩纳米孔隙中的应用,将给页岩微观结构的深入研究提供新的研究手段。

栗实象成虫触角感器超微结构观察

栗实象Curculio davidi是为害板栗Castanea mollissima的主要种实害虫,严重影响着板栗的品质和产量。为探明栗实象成虫触角感器类型、形态和分布,本文利用扫描电镜对栗实象雌雄成虫触角及触角感器进行观察。结果表明:栗实象雌雄成虫触角柄节、梗节、鞭节1~6亚节长度存在显著差异。雌、雄成虫触角上均有7类12种感器,包括4种刺形感器、2种锥形感器、1种叉形感器、2种毛形感器,1种B9hm氏鬃毛、1种腔形感器和1种端指形感器。其中雄虫刺形感器Ⅰ、毛形感器Ⅰ、叉形感器的长度显著长于雌虫,雄虫鞭节第7、8亚节的锥形感器数量显著多于雌虫。