基于原子力显微镜的煤岩微观孔隙结构与力学性质研究

煤岩孔隙结构与力学性质是煤层气地质评价的关键参数,反映煤的储集性与可压性。以山西沁水、大同等盆地4块煤样(大同侏罗系煤、镜质体反射率R_(o)=0.91%,古交山西组2号煤、R_(o)=1.34%,古交太原组8号煤、R_(o)=1.70%,翼城山西组2号煤、R_(o)=1.77%)为研究对象,基于原子力显微镜实验,利用图像分割法与Derjaguin-Muller-Toporov力学模型建立微观孔隙结构与力学性质联合表征技术,明确煤样的微观孔隙结构与力学性质,揭示了物质组成、孔隙结构及热演化程度对微观力学性质的影响。结果表明,煤样的面孔率主要分布于2.72%~4.60%,平均3.58%;总孔表面积为(3.413~5.638)×10^(-2)μm^(2)/μm^(2),总孔容为(0.5~3.9)×10^(-4)μm^(3)/μm^(2),孔径主要分布于10~100 nm,杨氏模量分布于2.24~3.10 GPa,平均2.77 GPa。煤的力学性质受到物质组成、孔隙结构与热演化程度的共同作用,随着水分的减少、挥发分与矿物含量的增加,杨氏模量呈现增大趋势;表面粗糙度、平均孔径、面孔率、比表面积及总孔容增大,杨氏模量表现出减小趋势;随着热演化程度增加,杨氏模量减小。基于原子力显微镜可同步揭示煤岩微观孔隙结构与力学性质,为煤储层储集性与力学研究提供新方法与新思路,对于非常规储层储集性评价及可压性研究具有重要意义。

贵州无烟煤孔隙特征的定量分析与表征

贵州地区复杂的地质构造以及瓦斯等灾害严重制约了煤炭行业的发展。为了定量分析与表征贵州地区无烟煤的孔隙特征,以贵州省具有无烟煤代表特征的发耳煤矿5-2煤层为研究对象,采用低温氮气吸附和低场核磁共振等技术手段,对煤体的孔隙特征进行了深入分析。同时,利用分形理论对低温氮气吸附和低场核磁共振两种测试方法的优缺点进行了对比分析。研究结果表明,发耳无烟煤样主要由狭缝和窄缝状孔隙组成,微孔发育较为丰富,但与中大孔的连通性较差。采用合适的煤体改造,可以有效提高孔隙连通性。在低场核磁共振测试中,该技术能够较好地表征大孔的复杂性和非均质性;而低温氮气吸附测试虽然受到一定方法局限性的制约,但能够很好地表征微小孔的复杂性和非均质性。研究旨在为贵州地区无烟煤资源的高效安全开采提供一定的理论参考,有助于推动该地区煤炭行业的可持续发展。

钻进打滑地层时造孔剂对镶金刚石钻头性能的影响

基于孕镶金刚石钻头在低钻压下或钻进弱研磨性地层时,出现钻进"打滑"的现象,提出向钻头胎体中添加造孔剂,降低胎体耐磨性的思路,以增强金刚石的出刃,提高钻进时效。通过对造孔剂的结构分析表明,A、B型造孔剂在冲洗液的冲蚀和岩层的研磨作用下,均会有造孔功能,且A型造孔剂在热压时能紧密堆砌,使得其具有更好的力学性能。胎块和钻头的性能测试结果表明,含造孔剂胎块的各项力学性能均有所下降,含A型造孔剂胎块力学性能下降的幅度小于B型造孔剂,当造孔剂的含量不超过30%时,胎块的力学性能下降幅度较小。加入A型造孔剂后,孕镶金刚石钻头的钻速明显增大,当造孔剂含量为30%时,钻速提高了1.4倍。含造孔剂胎块唇面分析表明,含A型造孔剂的胎块表面孔隙分布均匀,且加入的造孔剂具有造孔功能。分析了造孔剂对金刚石出刃的影响,结果表明,胎体中加入造孔剂后可增强胎体底唇面的粗糙度,降低钻头胎体对金刚石的包镶程度,促进金刚石的出刃,提高钻进时效。

电流密度对复合氧化法制备涂层结构的影响

对TiO2薄膜涂层的结构、形貌、元素组成、硬度进行了观察和测量,研究了电流密度对复合氧化法(即预氧化和微弧氧化复合处理)制备多孔TiO2涂层的结构和性能的影响.结果表明:电流密度对多孔TiO2涂层的结构和性能有很大影响.随着电流密度的增加,涂层的锐钛矿型TiO2含量减少,金红石型TiO2含量增加,涂层表面微孔孔径增加,凹凸起伏变得明显,显微硬度增加,钙磷原子比也发生了变化.当电流密度为20,40,60,80和100 mA/cm2时,涂层的钙磷摩尔比为1.22,1.60,1.89,2.01,2.12.在40 mA/cm2电流密度下可得到结构和性能较理想的多孔TiO2梯度涂层.

融合皮肤色素分布特性及最佳尺度的毛孔检测及评价

面部毛孔特征是人脸识别、皮肤检测的重要指标之一.为了有效地消除其他皮肤特征对毛孔检测的影响,提出一种融合皮肤色素分布特性及最佳尺度的高精度毛孔检测算法.针对皮肤特征在不同色素层上的色素分布特性相异,首先根据皮肤特征显著性差异和K-means聚类为SURF和SIFT算法设置合理阈值检测不同色素层图像上的皮肤特征;然后引入欧氏距离描述不同色素层检测点的位置信息相似性,利用最佳尺度作为阈值有效地筛除非毛孔特征干扰项.在毛孔检测的基础上,利用SIFT算法中的最佳尺度构建了皮肤毛孔粗糙度评价指标.选取Bosphorus人脸库中的正脸图像进行毛孔检测及评价的对比实验,结果表明该算法提高了毛孔检测的准确度,构建的评价指标稳定有效.

基于分形表征的粗糙微纳米孔隙瓦斯气体传输方程

为揭示煤体孔隙内表面粗糙微结构对瓦斯传输的影响机制,准确研究粗糙孔隙中的瓦斯气体传输规律,运用自相似特性分形理论推导出了微纳米孔隙内壁面粗糙元有效平均高度和孔隙有效半径的精确数学表达式;采用Optical Tensiometer设备对取自煤体孔隙内壁表面进行3D形貌结构量化分析,将所得关键参数代入相对粗糙度表达式求得对应值为0.352;结合流体速度滑移效应和分子扩散传输机理,推导出了粗糙微纳米孔隙中的瓦斯气体滑流修正传输方程和非连续流扩散传输方程,再通过等效转换原则推导出微纳米孔隙内的视渗透率模型;考虑到煤体纳米级孔隙难以进行精确测量表征和规避孔隙连通性对气体传输的影响,选取结构规整的纳米级圆孔阳极氧化铝薄膜作为气体流动通道载体;基于气体压差穿透实验原理,利用实验室PMI微渗透率设备进行了纳米级孔隙薄膜的渗透性实验,将实验结果所测得的渗透率数据与本文理论模型计算值进行了对比分析。研究结果表明:基于分形表征建立的粗糙微纳米孔隙瓦斯气体传输方程合理可靠,考虑孔隙粗糙度对瓦斯流动的影响是应该且必须的,以分形理论表征的孔隙相对粗糙度公式比前人所提出的孔隙粗糙度经验性公式更为精确,研究结果可为在分形拓扑领域中构建自仿射粗糙微通道的气体流动模拟研究工作中提供借鉴。

Henry范围内粗糙孔隙中气体的等量吸附热与吸附选择性

Henry系数和等量吸附热是表征气体吸附中气-固作用的重要参数.为了更好地理解气体在粗糙孔隙中的吸附特征,首先构造并计算了矩形波纹粗糙狭缝及其外势分布.进一步,采用经典统计力学研究了狭缝中H_(2)分子在低压范围内的纵向Henry系数和等量吸附热.研究结果表明,粗糙狭缝的几何形貌和基板间距等因素可对狭缝中气体的纵向Henry系数和等量吸附热产生显著的影响与调制作用.进一步,在Henry范围内计算了CO_(2)/H_(2)二元混合物气体在矩形波纹粗糙狭缝中的吸附选择性,并研究了狭缝几何形貌的调制作用.此外,还研究了不同形状的凸起对气体吸附性质的影响.相关的结果可为理解多孔材料中气体的吸附、分离和提纯等过程提供可靠的理论依据,并有望为设计与研发新型纳米功能材料提供有益的参考.

基于桩-土界面直剪试验的黏性土超孔隙水压力变化规律研究

利用大型恒刚度直剪仪在不同的界面粗糙度和剪切速率试验条件下,施加法向应力25、50、100、150kPa,基于黏性土中桩-土界面直剪试验研究了桩-土界面超孔隙水压力变化规律.研究结果表明:剪切前超孔隙水压力受法向应力的影响,法向应力越大,超孔隙水压力越大;桩-土界面剪切过程随着法向应力的增大,超孔隙水压力逐渐增大,在高法向应力下超孔隙水压力增幅减小;界面粗糙度和剪切速率对桩-土界面剪切过程超孔隙水压力产生交互影响,在不同应力水平下界面粗糙度和剪切速率对超孔隙水压力也有不同的影响效果,高法向应力水平下随界面粗糙度和剪切速率增大超孔隙水压力增幅小于10%,低法向应力水平下增幅可达30%.因此不可以忽略界面粗糙度和剪切速率对桩-土界面剪切过程超孔隙水压力的影响.

硬壁狭缝中硬球流体的密度泛函理论研究

用Rosenfeld密度泛函理论对由两平行硬墙约束的硬球流体系统进行了研究,计算了不同墙距离之间硬球流体的密度分布。结果表明,靠近狭缝,硬球流体的密度最大;在距硬壁一个分子直径附近也出现一个密度极大值;在两硬壁的中间位置,流体的密度较小且变化平缓。虽然该研究采用的模型及研究对象与前人有所不同,但计算结果与文献中的蒙特卡罗模拟结果基本一致。

材质气孔率和气孔大小与表面粗糙度的数学模拟与特征

为提高光学系统的成像质量,研究了光学系统中镜片表面粗糙度与镜片材质中的颗粒大小、缺陷、气孔率、气孔大小的关系。通过几何方法,建立了气孔率与气孔大小和数量的关系模型,分别给出了单位体积和单位面积中气孔率与气孔大小和数量的关系表达式。最后用数学方法建立了材质中气孔率、气孔大小与表面粗糙度的定量模型,给出了表面粗糙度与材质气孔率和气孔大小的关系表达式,表明表面粗糙度近似与材质中的气孔率成正比,与气孔大小成正比。

高温-动态冲击作用下页岩微纳米孔隙结构演化特征

为阐明甲烷原位燃爆压裂载荷对页岩储层的微观改性特征,开展高温-动载协同作用下页岩微纳米孔隙结构的演化特征研究,选取典型页岩样品,综合应用3D轮廓测量、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD),分析高温-动态冲击作用后的页岩碎块的宏微观粗糙特性、孔裂隙结构及矿物组分随高温的变化特征。结果表明:随温度升高,页岩断面毫米级粗糙度先略有降低后急剧升高。随温度升高,页岩有机质纳米孔减少,石英中出现复杂裂缝,碳酸盐矿物产生气孔,黏土矿物层间结构破坏,页岩体孔隙度由常温的1.488%逐渐上升至700℃的1.997%。不同高温下页岩物性组成差异显著,XRD定量分析结果显示,石英的质量占比升高,方解石和白云石总占比降低,从微纳米尺度说明燃爆载荷对页岩储层有改性效果。

基于润湿性梯度设计的单向导水/油多孔材料研究进展

近年来,具有独特的自发性液体运动的单向导水/油材料已成为研究热点。单向导水/油多孔材料是一种可用于雾水收集、油水分离、微流体传输以及功能织物等各种领域的新型材料。与普通的均匀润湿性多孔材料相比,具有单向液体传输特性的三维多孔材料通过表面和厚度方向的润湿性梯度精确设计,可以提供驱动力,促进液体的定向输送,提高液体传输效率,且能减少能源消耗。本文主要从化学梯度的调控、粗糙度梯度的构造、孔径梯度的设计这三种思路出发,按八种不同制备方法详细介绍了基于润湿性梯度的单向导水/油多孔材料的制备、输送液体的类型以及单向传输特性,同时概述了单向导水/油多孔材料在吸湿排汗纺织品、雾收集、油水分离等方面的实际应用,并提出了单向导水/油多孔材料在设计和使用方面所面临的挑战和未来发展前景。

研磨垫特性对固结磨料研磨性能的影响

为了探索亲水性固结磨料研磨垫(FAP)的基体特性与其加工性能之间的关系,采用三种不同硬度的树脂基体作为黏结剂,通过添加碳化硅颗粒和成孔剂的方式改变研磨垫特性,制备了6种FAP,对其研磨加工性能进行了评价。结果表明:基体的硬度对研磨效率和工件表面粗糙度(Ra)有重要影响。随着基体硬度的提高,研磨效率提高,而表面粗糙度增大。碳化硅颗粒的加入可以起到稳定工件表面质量的作用;碳化硅颗粒和成孔剂的添加都能起到提高工件材料去除率(MRR)稳定性的作用。碳化硅颗粒和成孔剂促进了亲水性FAP自修正过程的实现。

纳米狭缝孔道中毛细浸润现象的分子动力学模拟

纳米固体表面的润湿性对于控制和设计纳米流体器件十分关键.本文使用分子动力学模拟研究了不同固液界面相互作用强度、温度、矩形孔道深宽比(H/L)、梯形孔道上下底之比(U/D)以及表面粗糙度等参数对液体浸入纳米狭缝通道动态过程的影响.结果表明,液体浸入狭缝的完全润湿时间受固液相互作用强度和狭缝形状以及尺寸的影响;纳米狭缝孔道粗糙结构对液体的浸入有抑制作用,表面粗糙度越大,抑制作用越明显.本研究可为纳米流体器件的设计提供一定的模拟信息.

利用原子力显微镜表征页岩孔隙结构特征

页岩储层孔隙结构复杂,非均质性强,矿物组分多样,这些储层特性加大了页岩油的开采难度。为了更好地表征页岩孔隙结构,利用原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)技术,结合Gwyddion软件对大港、吉木萨尔和松辽盆地页岩的孔隙结构以及表面粗糙度进行了表征。结合快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)分析页岩的非均质性,采用分水岭法识别孔隙分布特征,分析不同地区页岩储层的孔隙结构差异。原子力显微镜可以对页岩的表面形貌进行表征,通过平均粗糙度、均方粗糙度、表面偏度和峰度系数等参数对表面粗糙度进行评价,可以准确表征页岩纳米级的孔隙结构,包括孔隙数量、孔隙大小、孔隙面积、孔隙体积和孔隙度等。结果表明:大港和吉木萨尔页岩的表面高度较高,松辽盆地页岩表面高度较低,大港页岩非均质性较强,孔隙主要以微孔为主,吉木萨尔页岩和松辽盆地页岩非均质性较弱,中孔和宏孔数量较多,孔隙发育较好。

基于预制滑动面的饱和黏土-结构物界面强度特性三轴试验研究

通过预制含一定倾角、钻孔的斜截面结构物与饱和黏土结合为三轴组合试样,并使用三轴仪测量出饱和黏土与结构物界面的抗剪强度和超孔隙水压力,分析了饱和黏土与结构物界面的强度特性。相比传统界面直剪试验无法区分界面强度特性的剪切速率效应和排水状态效应,该试验方法可以使饱和黏土与结构物界面充分饱和并严格控制界面排水状态,明确剪切速率对界面强度的影响。开展了不同结构面粗糙度和剪切速率的界面三轴固结不排水剪切试验与不同剪切速率的界面直剪试验。试验结果表明:相同围压下随着结构面粗糙程度增大,界面抗剪强度和超孔隙水压力增大;剪切速率越快,界面抗剪强度越大,界面超孔隙水压力达到稳定所需要的轴向应变越大。排水条件的严格控制和界面超孔隙水压力的准确量测对饱和黏土与结构物界面摩擦角的测量十分重要。

真皮注射交联透明质酸改善肤质的共识

本共识所涉及的交联透明质酸(Cross-linked hyaluronic acid,CLHA)为小颗粒或较低浓度、低交联的透明质酸,一般采取真皮注射,主要用于改善皮肤干燥粗糙、毛孔粗大、细纹、痤疮瘢痕等肤质问题,与非交联HA相比持续时间更长。由于注射层次较浅,故严重不良反应的几率少;但由于产品特性和注射部位皮肤厚度差异大,需要操作者非常熟悉注射产品,严格掌握注射方法和单点用量,才能达到最佳的疗效并保证安全性。本文对真皮注射CLHA改善肤质相关的适应证、禁忌证、不同治疗目的及注射部位规范化治疗方案、常见不良反应及处理形成共识,以指导临床应用。

脆性变形序列构造煤纳米孔隙和粗糙度的原子力显微镜研究

煤孔隙结构是煤层气勘探开发与煤矿安全研究中的关键问题之一。构造煤相比于原生结构煤非均质性强,是煤储层研究中的热点和难点。采用原子力显微镜,结合NanoScope Analysis和Gwyddion分析软件,对脆性变形序列构造煤的孔隙结构和表面粗糙度特征进行研究。结果表明:构造作用整体上促进了脆性变形煤孔隙的发育,但不同脆性变形构造煤受构造作用影响的程度存在明显差异。根据煤受构造作用影响的程度,脆性变形煤孔隙结构演化可划分为强弱2个阶段:弱脆性变形阶段(原生结构煤—碎裂煤—片状煤—碎斑煤)构造作用对煤体的孔隙结构影响较小,平均孔数量缓慢增长,平均孔径缓慢减小,该阶段构造作用主要促进了100~200 nm大孔的发育;强脆性变形阶段(碎斑煤—碎粒煤—薄片煤)构造作用对煤体孔隙结构产生了显著影响,平均孔数量迅速增长,平均孔径迅速减小,这一阶段构造作用主要促进了10~50 nm介孔和50~100 nm大孔的发育。这表明脆性变形构造煤孔隙结构并非简单的线性演变。不同脆性变形煤的算术平均粗糙度和均方根粗糙度参数分别为3.00~6.05 nm和3.94~7.62 nm,其中,弱脆性变形阶段粗糙度整体较高且无明显变化,而强脆性变形阶段粗糙度迅速降低。通过AFM剖面分析,建立了煤表面孔隙形态的数学模型。基于该模型的算术平均粗糙度模拟结果表明,大孔是煤表面粗糙度的主要贡献者,构造作用主要通过影响煤中的孔隙结构,进而影响煤的表面粗糙度。

皮肤镜毛孔检测方法在2940nm铒像素激光治疗毛孔粗大中的效果观察

目的探讨皮肤镜毛孔检测方法在2940 nm铒像素激光治疗毛孔粗大中的效果。方法选取我院2018年1月至2019年3月收治的毛孔粗大患者58例,采用飞顿辉煌激光光子工作站2940 nm铒像素激光治疗,依据面部毛孔标准照片评估治疗前后的毛孔粗大和皮肤情况,并经毛孔检测系统评估患者治疗前后的面积量化值和色差量化值,统计患者的不良反应发生率。结果治疗后,降低3等级2例,降低2等级24例,降低1等级30例,无变化2例;患者治疗前后的评级差异有统计学意义(P<0.05)。患者治疗后的面积量化值和色差量化值均低于治疗前(P<0.05)。58例患者治疗后均出现短暂红斑水肿,时间<48 h,有轻微结痂,无色素沉淀或减退,未出现水疱、红斑等不良反应。结论皮肤镜毛孔检测方法在2940 nm铒像素激光治疗面部毛孔粗大中的临床效果明显,毛孔面积量化值、色差量化值均降低,不良反应较少,具有较高的临床应用价值。

钢渣-沥青界面黏附特性研究

为研究钢渣-沥青界面黏附机理,以石灰岩为对照,采用压汞仪、傅里叶红外光谱仪、接触角仪、原子力显微镜、扫描电镜从孔隙吸附、化学反应、表面黏结3个角度揭示钢渣-沥青界面作用,结合室内试验评价钢渣集料水稳定性.结果表明,钢渣孔体积、孔隙率均比石灰岩的大,以小孔、中孔为主;钢渣能与沥青发生化学反应,钢渣与沥青接触角小于石灰岩与沥青的;钢渣粗糙度、表面积、黏附力均大于石灰岩的;钢渣集料水稳定性能优于石灰岩的.即钢渣集料因其优越的孔隙吸附能力、活跃的化学成分、粗糙的表面纹理具备更强的吸附沥青特性.