地层采样微纳马达的设计制备及性能研究
发布时间：2021-01-01 01:54
石油是现代工业的“血液”,是经济社会发展的动力和基础。随着地层油藏资源的不断开发,我国的主力油田已经逐步进入石油开采的中后期阶段,现有老旧油田未开采油气资源主要集中于低渗透率微孔隙甚至纳孔隙地层结构中,给剩余油藏探测与开采带来了巨大挑战,因此,亟需研究一种新型的石油探测开采方法。近年来,以微纳马达为代表的功能性微纳结构由于具有体积小、负载能力高等特点,能够深入狭小空间完成宏观机器人无法完成的任务,可为目前石油领域存在的问题提供新的解决方法与思路。因此发展基于微纳马达的地层微纳孔隙油藏精准采样技术,对维护国家的能源安全和发展安全具有重要的战略意义。本论文针对真实油藏储层环境参数,分析了现有微纳马达驱动方式的特点和限制,提出了一种超声场驱动的地层采样微纳马达;基于超声驱动微纳马达应具有形状非对称性的特点,分别采用了物理气相沉积法和电化学沉积法制备了Janus球微纳马达和锥管微纳马达;基于丙烯酸树脂交联反应原理,采用基于面投影微立体光固化3D打印技术,制备了二维微流道模型和三维地层微流道模型。基于微纳马达超声驱动机理,建立了超声驱动微纳马达运动的数学模型,通过数值仿真研究了微纳马达在流场中的...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近红外光对微纳马达启停的远程控制[18]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-E-F）照射时间和照射周期对微纳马达运动速度的影响图1-2近红外光对微纳马达启停的远程控制[18]（3）超声驱动微纳马达超声波是一种频率高于20000Hz的声波，方向性好，穿透能力强，且能够获得较为集中的声能，因此在医学、军事、工业及农业上有广泛的应用。由于超声驱动的频率具有较高的生物兼容性和较强的能量，因此已应用于微粒子的驱动与操控。超声驱动微纳马达种类很多，按照超声场的种类分类可以分为表面超声和体超声，按照声波的种类可以分为行波和驻波。微纳马达在超声场中主要受到声辐射力和斯托克斯拖曳力的作用，在流场中产生声流效应，进而推动微纳马达运动。超声驱动微纳马达可以在外界超声波调控作用下，完成自驱动运动、自旋运动、首尾排列及自组装等运动，且运动速度高达200μm/s，如图1-3所示[22]。超声对于微纳粒子的形状和尺寸都较为敏感，通过这一特征，可以设计出声镊子实现粒子的分拣。由于超声波是机械波，因此超声驱动微纳马达可以在粘度较高的溶液中运动，同时超声驱动微纳马达不受溶液中离子浓度的影响，这一特性使得超声驱动微纳马达可以在血液中运动，又由于超声具有良好的生物相容性，超声驱动微纳马达被认为可以用于人体内癌细胞的甄别和去除。图1-3超声驱动下纳米线马达的运动形态[23]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-（4）磁驱微纳马达磁场也是常见的微纳马达驱动方式，通过对磁感应线圈施加斜坡函数信号，则可以使微纳马达向着相应的方向做直线加速运动，而施加正弦函数则可以使微纳马达做自旋运动。通过设计三维的变化的复合磁场，可以使微纳马达在溶液中实现直线运动、自旋及其复合运动[24,25]。磁场驱动的优点是可以精确控制微纳马达的运动轨迹，如图1-4所示，微纳马达在磁场控制下能够在水平、竖直以及曲面墙壁附近实现精确的定向运动，因此可以运送聚苯乙烯(PS)微球等货物穿过微沟壑，实现货物的靶向运输。图1-4镍纳米线在外界磁场控制下沿墙面翻越沟壑及负载转移PS微球[20]1.3.2微纳马达的结构形状1.棒状微纳马达Mallouk的团队大约10年前研制了一种合成化学驱动的微型马达。其结构为直径370纳米，长度为2微米的二段Au-Pt纳米线，在2-3％过氧化氢中可以以~10体长/秒的速度进行自主运动[26]。同一时间，Ozin、Manners和同事也研究了Au-Ni纳米线的旋转运动[27]。这些原始研究引起了广泛的关注，进而引起了相当多致力于合成微纳马达的后续研究。其他研究发现纳米线微纳马达的运动可归因于自电泳[28]。这些双金属纳米线马达主要通过薄膜模板辅助电沉积制备。在制备纳米线微纳马达的改进方法中，使用具有纳米尺寸孔的氧化铝膜，并且将不同金属依次沉积到孔中以形成条状棒状结构（图1-5）。首先使用物理气相沉积将一层银或金沉积在膜的一侧上以用作工作电极。然后将膜组装在聚四氟乙烯电镀槽中，其中扁平铝箔靠着金属层放置，以用作后续
【参考文献】：
期刊论文
[1]功能微纳结构在石油领域潜在应用[J]. 刘合,金旭,周德开,杨清海,李隆球. 石油勘探与开发. 2018(04)
[2]多物理场驱动微纳马达的运动机理及应用[J]. 常晓丛,李天龙,周德开,张广玉,李隆球. 科学通报. 2017(Z1)
[3]自驱动微纳米马达的设计原理与结构简化方法[J]. 孔磊,牟方志,姜玉周,李小丰,官建国. 科学通报. 2017(Z1)
[4]中国陆相砂岩油田特高含水期开发现状及对策[J]. 王玉普,刘义坤,邓庆军. 东北石油大学学报. 2014(01)
硕士论文
[1]锥状微纳马达的制备及增速方法研究[D]. 常晓丛.哈尔滨工业大学 2014
[2]大功率超声采油设备的完善与改进[D]. 陈丽华.天津大学 2012
本文编号：2950725
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近红外光对微纳马达启停的远程控制[18]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-E-F）照射时间和照射周期对微纳马达运动速度的影响图1-2近红外光对微纳马达启停的远程控制[18]（3）超声驱动微纳马达超声波是一种频率高于20000Hz的声波，方向性好，穿透能力强，且能够获得较为集中的声能，因此在医学、军事、工业及农业上有广泛的应用。由于超声驱动的频率具有较高的生物兼容性和较强的能量，因此已应用于微粒子的驱动与操控。超声驱动微纳马达种类很多，按照超声场的种类分类可以分为表面超声和体超声，按照声波的种类可以分为行波和驻波。微纳马达在超声场中主要受到声辐射力和斯托克斯拖曳力的作用，在流场中产生声流效应，进而推动微纳马达运动。超声驱动微纳马达可以在外界超声波调控作用下，完成自驱动运动、自旋运动、首尾排列及自组装等运动，且运动速度高达200μm/s，如图1-3所示[22]。超声对于微纳粒子的形状和尺寸都较为敏感，通过这一特征，可以设计出声镊子实现粒子的分拣。由于超声波是机械波，因此超声驱动微纳马达可以在粘度较高的溶液中运动，同时超声驱动微纳马达不受溶液中离子浓度的影响，这一特性使得超声驱动微纳马达可以在血液中运动，又由于超声具有良好的生物相容性，超声驱动微纳马达被认为可以用于人体内癌细胞的甄别和去除。图1-3超声驱动下纳米线马达的运动形态[23]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-（4）磁驱微纳马达磁场也是常见的微纳马达驱动方式，通过对磁感应线圈施加斜坡函数信号，则可以使微纳马达向着相应的方向做直线加速运动，而施加正弦函数则可以使微纳马达做自旋运动。通过设计三维的变化的复合磁场，可以使微纳马达在溶液中实现直线运动、自旋及其复合运动[24,25]。磁场驱动的优点是可以精确控制微纳马达的运动轨迹，如图1-4所示，微纳马达在磁场控制下能够在水平、竖直以及曲面墙壁附近实现精确的定向运动，因此可以运送聚苯乙烯(PS)微球等货物穿过微沟壑，实现货物的靶向运输。图1-4镍纳米线在外界磁场控制下沿墙面翻越沟壑及负载转移PS微球[20]1.3.2微纳马达的结构形状1.棒状微纳马达Mallouk的团队大约10年前研制了一种合成化学驱动的微型马达。其结构为直径370纳米，长度为2微米的二段Au-Pt纳米线，在2-3％过氧化氢中可以以~10体长/秒的速度进行自主运动[26]。同一时间，Ozin、Manners和同事也研究了Au-Ni纳米线的旋转运动[27]。这些原始研究引起了广泛的关注，进而引起了相当多致力于合成微纳马达的后续研究。其他研究发现纳米线微纳马达的运动可归因于自电泳[28]。这些双金属纳米线马达主要通过薄膜模板辅助电沉积制备。在制备纳米线微纳马达的改进方法中，使用具有纳米尺寸孔的氧化铝膜，并且将不同金属依次沉积到孔中以形成条状棒状结构（图1-5）。首先使用物理气相沉积将一层银或金沉积在膜的一侧上以用作工作电极。然后将膜组装在聚四氟乙烯电镀槽中，其中扁平铝箔靠着金属层放置，以用作后续
【参考文献】：
期刊论文
[1]功能微纳结构在石油领域潜在应用[J]. 刘合,金旭,周德开,杨清海,李隆球. 石油勘探与开发. 2018(04)
[2]多物理场驱动微纳马达的运动机理及应用[J]. 常晓丛,李天龙,周德开,张广玉,李隆球. 科学通报. 2017(Z1)
[3]自驱动微纳米马达的设计原理与结构简化方法[J]. 孔磊,牟方志,姜玉周,李小丰,官建国. 科学通报. 2017(Z1)
[4]中国陆相砂岩油田特高含水期开发现状及对策[J]. 王玉普,刘义坤,邓庆军. 东北石油大学学报. 2014(01)
硕士论文
[1]锥状微纳马达的制备及增速方法研究[D]. 常晓丛.哈尔滨工业大学 2014
[2]大功率超声采油设备的完善与改进[D]. 陈丽华.天津大学 2012
本文编号：2950725
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