Способ определения смачиваемости



Способ определения смачиваемости

 


Владельцы патента RU 2497098:

Шлюмберже Текнолоджи Б.В. (NL)

Изобретение относится к области исследования смачиваемости поверхностей применительно к различным отраслям промышленности. Для определения смачиваемости поверхности исследуемого материала по меньшей мере один образец исследуемого материала помещают в по меньшей мере одну герметичную ячейку калориметра. Обеспечивают контакт по меньшей мере одного образца с первой смачивающей жидкостью и со второй смачивающей жидкостью при одинаковых давлении и температуре. Измеряют энергии смачивания по меньшей мере одного образца первой и второй смачивающими жидкостями, после чего из заданного соотношения рассчитывают параметр смачиваемости, характеризующий систему поверхность-жидкость-жидкость. Достигается повышение эффективности и надежности определения. 15 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области исследования смачиваемости поверхностей, и может найти применение в различных отраслях промышленности, например, в нефтегазовой, химической, лакокрасочной и пищевой.

Смачиваемость - это способность одной жидкости растекаться по поверхности твердого тела, оставаться с ней в контакте или терять контакт с поверхностью в присутствии другой жидкости, несмешивающейся с первой. Смачиваемость - это один из важнейших параметров, характеризующий взаимодействие двух несмешиваемых жидкостей с поверхностью твердого тела, в нефтегазовой промышленности, фармацевтике, легкой промышленности и других областях промышленности.

Например, в нефтегазовой промышленности, Смачиваемость является одним из основных параметров, определяющих положение флюидов в пористом пространстве залежи, а также распределение потоков флюидов. При этом, будучи основным параметром, определяющим расположение флюидов в пористом пространстве, Смачиваемость породы влияет на все виды измерений параметров пласта - электрические свойства, капиллярное давление, относительные фазовые проницаемости и т.д. Смачиваемость в значительной степени влияет на способы и эффективность добычи нефти, в особенности в процессе вторичных и третичных методов добычи нефти.

Основным методом, позволяющим оцинивать смачиваемость твердой поверхности двумя несмешивающимися жидкостями является метод исследования контактного угла, образованного межфазной границей флюидов с твердой поверхностью (см., например, патент США 7952698).

Основными недостатками известного метода являются длительное время, необходимое для достижения равновесного контактного угла (до 1000 часов), гистерезис контактного угла, вызванный различными причинами, такими, например, как неоднородное структурное строение поверхности, неровности на поверхности и т.д. Другим серьезным недостатком данного метода является то, что данный метод, в основном, может быть успешно применен лишь к ровным плоским поверхностям и адаптация данного метода к измерениям в пористых средах достаточно сложна, а в некоторых случаях не представляется возможной. Так, например, в нефтегазовой индустрии, в большинстве случаев для определения смачиваемости пористых сред используется не метод исследования контактного угла, а петрофизические исследования керна горной породы. Лишь в очень небольшом количестве случаев, при ярко выраженном характере смачиваемости, смачиваемость может быть оценена по результатам других методов исследований. При петрофизическом исследовании керна горной породы, в оновном, применяют метод Амота (Е.Amott, "Observations Relating to the Wettability of Porous Media," Trans, AIME, 216, 156-162, 1959) или его модификации: метод Амотта-Харви и USBM (см., например, J.C. Trantham, R.L. Clampitt, "Determination of Oil Saturation After Waterflooding in an Oil-Wet Reservoir - The North Burbank Unit, Tract 97 Project," JPT, 491-500 (1977)).

Все эти методы так или иначе имитируют процесс добычи нефти из пласта и основаны на последовательном замещении нефти минеральным раствором или минерального раствора нефтью в исследуемом образце керна посредством естественной или вынужденной (при помощи центрифугирования) пропитки образца с измерением насыщенности флюидов. Все перечисленные методы являются косвенными методами исследований и не дают точной термодинамической информации о такой термодинамической характеристике, как смачиваемость. Другим недостатком этих методов является их малая чувствительность в области нейтральной смачиваемости или при малых размерах образца.

В последнее время активно развивается метод по определению смачиваемости, основанный на калориметрических измерениях. Проводились исследования смачиваемости в системе твердое тело - жидкость-газ (насыщенный пар данного флюида) (см, например, R. Denoyel, I. Beurroies, B. Lefevre, "Thermodynamics of wetting: information brought by microcalorimetry," J. of Petr. Sci. and Eng., 45, 203-212, 2004).

Исследование смачиваемости в системе твердая поверхность - жидкость - насыщенный пар данной жидкости не позволяют судить о смачиваемости в системе с двумя разными жидкостями - твердая поверхность - жидкость - жидкость, так, например, информация о том, что вода абсолютно смачивает данную поверхность в системе со своим насыщенным паром не несет в себе достаточной информации о смачиваемости той же поверхности водой в системе с другой жидкостью, например нефтью.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении качества и эффективности измерения смачиваемости поверхностей двумя флюидами при различных давлениях и температурах, увеличении скорости проведения этих работ с одновременным снижением риска их неправильного проведения.

В соответствии с предлагаемым способом определения смачиваемости поверхности по меньшей мере один образец исследуемого материала помещают в по меньшей мере одну герметичную ячейку калориметра и обеспечивают контакт по меньшей мере одного образца с первой смачивающей жидкостью и со второй смачивающей жидкостью при одинаковых давлении и температуре. Измеряют энергии смачивания по меньшей мере одного образца первой и второй смачивающими жидкостями, после чего рассчитывают параметр смачиваемости поверхности по формуле:

где Δimmu1 - энергия смачивания поверхности образца первой смачивающей жидкостью, Δimmu2 - энергия смачивания поверхности образца второй смачивающей жидкостью, А - площадь поверхности смачиваемого образца, - межфазное натяжение между первой и второй смачивающими жидкостями, Т - температура, при которой проводятся измерения, - изменение межфазного натяжения между первой и второй смачивающими жидкостями с температурой.

Предварительно первую и вторую смачивающие жидкости приводят в контакт друг с другом при температуре и давлении, соответствующих температуре и давлении, при которых производят измерение энергии смачивания.

Площадь поверхности образца, необходимую для вычисления параметра смачиваемости, может быть определена по методу газовой адсорбции или с помощью калориметра по методу Harkins-Jura.

Межфазное натяжение между смачивающими жидкостями и его изменения с температурой могут быть определены методом вращающейся капли или методом сидящей капли.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения образец приводят в контакт с первой смачивающей жидкостью и измеряют энергию смачивания поверхности образца первой смачивающей жидкостью. Затем очищают поверхность образца, в той же ячейке калориметра образец приводят в контакт со второй смачивающей жидкостью и измеряют энергию смачивания образца второй смачивающей жидкостью.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения используют два идентичных образца с одинаковой площадью поверхности. Каждый образец помещают в отдельную ячейку, один из образцов приводят в контакт с первой смачивающей жидкостью, а второй образец приводят в контакт со второй смачивающей жидкостью. Осуществляют одновременные измерения энергии смачивания поверхности первого образца первой смачивающей жидкостью, и энергии смачивания поверхности второго образца второй смачивающей жидкостью.

Предварительно образец может быть подвергнут высушиванию и очистке, а также вакуумирован.

Предпочтительно ячейку с образцом выдерживают до стабилизации теплового потока при температуре, при которой производят измерении энергии смачивания поверхности образца.

В качестве образца может быть использован керн горной породы.

В качестве смачивающих жидкостей могут быть использованы любые несмешивающиеся жидкости, в частности нефть и вода или соляной раствор, в том числе при пластовых давлениях и температурах.

В соответствии с предлагаемым способом образец исследуемого материала помещают в ячейку дифференциально-сканирующего калориметра (ДСК). ДСК способны работать при различных температурах (диапазон зависит от модели калориметра), при этом некоторые ДСК могут быть оборудованы ячейками, позволяющими проводить измерения при повышенных давлениях или в вакууме. Для проведения измерений, описанных в данном изобретении, необходимо совместить ДСК с системой, способной создавать контролируемое давление в ячейках калориметра. Такая система позволяет контролировать давление в ячейках в процессе эксперимента, что позволяет более качественно проводить измерения смачиваемости, в том числе при повышенных давлениях. В качестве такой системы могут быть использованы насосы различного типа, совмещенные с датчиками давления и подсоединенные к ячейкам калориметра посредством трубных соединений.

Макроскопический контактный угол между межфазной границей жидкость 1 - жидкость 2 (обозначим L1 и L2) и твердой поверхностью (S), отсчитываемый со стороны контакта с поверхностью одной из жидкостей (например, L2) (обычно выбирается более плотная жидкость), является удобной характеристикой смачиваемости поверхности. Уравнение Юнга связывает величину избыточных поверхностных энергий (поверхностных натяжений) на межфазных границах с величиной контактного угла:

В случае, когда контактный угол не образуется, жидкость L2 растечется по поверхности без образования контактного угла, сместив жидкость L1; аналогично при жидкость L1 сместит L2 с поверхности. Таким образом, для классификации систем поверхность-жидкость-жидкость удобнее ввести параметр смачиваемости W, который может принимать значения как меньше -1, так и больше 1:

При образовании конечного контактного угла W=cosθ, при W>1, L2 сместит L1 с поверхности, а при W<-1 L1 сместит L2 с поверхности. Таким образом, параметр W несет в себе всю необходимую информацию о смачиваемости.

Энергия смачивания - это энергия, которая образуется (или поглощается), когда поверхность, которая была в контакте с некой средой М (газ, вакуум), погружается в жидкость L, так, что вся поверхность S, которая была в контакте с данной средой, оказывается покрыта макроскопическим слоем жидкости. Энергия смачивания зависит от начального состояния поверхности, кроме того, наличие газа в образце до погружения может не позволить жидкости полностью смачить всю поверхность образца. Таким образом, при измерении энергии смачивания предпочтительным является погружение образца из вакуума, причем обычно требуется вакуумирование в течение длительного времени при повышенных температурах. Время и температура зависят от исследуемого образца. Часто для подобных измерений используется вакуумирование в течение суток при температуре около 100°C. Установки ДСК позволяют измерять энергию смачивания поверхности при различных температурах и давлениях. Энергия смачивания, получаемая при постоянном давлении в системе, связана с изменением поверхностного натяжения на границе твердой поверхности следующим образом:

где Δimmu - энергия смачивания, А - площадь поверхности смачиваемого образца, γSL - поверхностная энергия на граница твердая среда - жидкость (после смачивания), γSM - поверхностная энергия на границе твердая среда - газ (вакуум) до погружения Т - температура, при которой проводятся измерения. Измеряя энергию смачивания одного и того же образца из одинакового начального состояния двумя различными жидкостями (1 и 2) можно получить:

Предполагая, что изменение контактного угла с температурой мало, можно показать, что выполняется следующее равенство:

Из (4) и (5) следует:

Таким образом, для определения параметра смачиваемости необходимо провести два эксперимента по определению энергии смачивания из одинакового начального контролируемого состояния поверхности (например, из вакуума), последовательно измеряя энергии смачивания одной жидкостью, а потом (после повторной подготовки образца) другой жидкостью. В ДСК можно провести эти два эксперимента одновременно, изучая дифференциальный эффект, т.е. проводя одновременное смачивание двух идентичных образцов или двух частей образца одной жидкостью в ячейке с образцом, а другой жидкостью в ячейке сравнения (образец должен быть достаточно однородным и обе части образца должны быть близки по площади поверхности). Измерения площади поверхности А образца можно проводить либо другим известным методом (например, методом газовой адсорбции BET Adsorption of Gases in Multimolecular Layers. Brunauer, S., Emmett, P. and Teller, E. 1938, J. Am. Chem. Soc., Vol.60, p.309), либо с помощью той же экспериментальной установки при помощи модифицированного метода Harkins-Jura (Partyka S., Rouquerol F., Rouquerol J. "Calorimetric determination of surface areas: possibilities of a modified Harkins and Jura procedures". Journal of colloid and interface science, Vol.68, No.1, January 1979).

Измерения межфазного натяжения между жидкостями и его изменения с температурой при необходимом давлении можно проводить отдельно, например, с помощью метода вращающейся капли, сидящей капли и т.д.

Для измерения энергии смачивания применяются различные типы измерительных ячеек калориметра. Наиболее часто используется герметичная ячейка в которую помещается образец, запаянный в герметичной стеклянной колбе. Колба с образцом предварительно вакуумируется и запаивается, что позволяет получить контролируемое состояние поверхности образца перед экспериментом. При проведении эксперимента колба разбивается и образец смачивается жидкостью. Мембранная ячейка представляет из себя ячейку разделенную, как правило, металлической мембраной на две части. В нижнюю часть помещается образец, а в верхнюю - жидкость. В ходе эксперимента мембрана разрезается и жидкость перетекает в нижнюю часть ячейки. Преимуществом этой ячейки является то, что в данном случае не требуется запайка образца в стеклянной колбе, недостаток этой ячейки состоит в том, что образец в данном случае оказывается не вакуумированным - что может приводить к серьезным ошибкам измерений энергии смачивания. В еще одном варианте ячейка объединяет в себе преимущества двух предыдущих ячеек. Образец и жидкость разделены мембраной, при этом нижняя часть ячейки имеет вакуумный затвор и может быть вакуумирована перед экспериментом. Недостатком всех перечисленных выше ячеек является невозможность контролировать давление в эксперименте, т.к. ячейки не сообщаются с другими частями установок посредством трубных соединений. В этих ячейках также сложно, если не невозможно, проводить эксперименты при повышенных давлениях.

В работе R. Denoyel, I. Beurroies, B. Lefevre, "Thermodynamics of wetting: information brought by microcalorimetry," J. of Petr. Sci. and Eng., 45, 203-2126 2004 для измерения энергии смачивания предложено использовать установку, в которой давление в ячейке может быть контролируемо. Измерительная ячейка посредством трубных соединений соеденина через т-образный переходник с одной стороны с вакуумным насосом, что позволяет вакуумировать образец перед экспериментом, а с другой стороны с системой, позволяющей подавать жидкость в ячейку и создавать давление данной жидкости в ячейке. Необходимо отметить, что жидкость, подаваемая в ячейку, должна иметь температуру, близкую к температуре в измерительной ячейке, чтобы не создавать дополнительный тепловой поток, затрудняющий измерение энергии смачивания. Такая или подобная система является предпочтительной для измерения энергии смачивания предлагаемым методом, т.к. в этом случае удается подготовить (вакуумировать) образец перед смачиванием и контролировать конечное давление в системе.

Для каждой из предложенных конфигураций необходимо учитывать дополнительные тепловые эффекты, возникающие в ходе эксперимента: тепловые эффекты, связанные с разбиванием колбы или разрывом мембраны, а также испарением части жидкости, тепловой эффект, возникающий вследствие разницы температур жидкости, проникающей в ячейку и температуры ячейки, тепловой эффект, связаныый со сжиманием жидкости в ячейке (при поднятии давления до необходимого) и т.д. Эти тепловые эффекты, как правило, могут быть учтены при проведении дополнительных измерений.

Способ определения смачиваемости в соответствии с настоящим изобретеним может быть реализован следующим образом.

Очищают поверхность исследуемого образца. Так, например, в нефтегазовой индустрии образец горной породы, как правило, экстрагируют, а затем вакуумируют его при повышенных температурах в вакуумной печи. Температуру и длительность сушки образца выбирают исходя из свойств конкретного образца исследований. Так, для образцов горной породы применяют сушку в вакууме при повышенной (~100°C) температуре в течение достаточно длительного, для устранения влаги, времени (около суток). Возможна ускоренная сушка при более высоких температурах, если повышение температуры не вызывает структурных изменений поверхности образца.

Образец помещают в измерительную герметичную ячейку калориметра и вакуумируют. При этом очищение образца и вакуумирование могут быть быть совмещены, если конструкция ячейки калориметра позволяет проводить вакуумную сушку образца при повышенных температурах непосредственно в ячейке калориметра. Образец может и не вакуумироваться, если вакуумирование не вляет на конечный результат эксперимента - энергию смачивания.

Ячейку с образцом выдерживают до стабилизации теплового потока при температуре, при которой необходимо провести исследование смачиваемости данного образца.

Производится подготовка смачивающих жидкостей, используемых для измерения энергии смачивания. Так как в данном эксперименте изучается равновесное состояние смачиваемости, используемые жидкости предварительно необходимо также привести в равновесие, поместив их в контакт друг с другом при температуре и давлении, соответсвующих температуре и давлении, при которых производится измерение энергии смачивания.

Проводят эксперимент по измерению энергии смачивания образца первой смачивающей жидкостью. Для измерения энергии смачивания измеряемый электрический сигнал с датчиков калориметра пересчитывается в тепловой поток, для чего проводится калибровка калориметра; суммирование теплового потока за вычетом базовой линии по времени в процессе проведения эксперимента позволяет определить энергию смачивания.

Образец очищают, вакуумируют и приводят в состояние, как можно более близко соответствующее состоянию до смачивания первой жидкостью. После чего проводят эксперимент по измерению энергии смачивания образца второй смачивающей жидкостью.

Если использовать два идентичных образца или если исследуемый образец достаточно однородный и может быть разделен на две части, близкие по своим свойствам, то может проводится одновременное измерение энергий смачивания двумя жидкостями, для чего образцы помещают в разные ячейки и смачивают двумя разными смачивающими жидкостями одновременно.

Производят учет дополнительных тепловых эффектов, не связанных со смачиванием образца.

По формуле (6) вычисляется параметр смачиваемости данного образца представленными жидкостями. Межжидкостное поверхностное натяжение и его изменение с температурой при данном давлении считаются известными параметрами. Для их определения могут быть использованы либо табличные значения для известных жидкостей, либо измерения, например, по методу сидящей или вращающейся капли при данном давлении и температуре. Площадь поверхности образца, необходимая для вычисления параметра смачиваемости, может быть определена в отдельном эксперименте, например, по методу газовой адсорбции или с помощью калориметра по известному методу Harkins-Jura, либо любым другим известным методом. Метод Harkins-Jura хорошо работает только с поверхностями, смачиваемыми данной жидкостью, так, с гидрофильными поверхностями может быть использована вода (в системе твердая среда-вода-водяной пар) или углеводороды с гидрофобными поверхностями. При этом, если исследуется смачиваемость в системе твердая среда-жидкость 1 - жидкость 2 и хотя бы одна из этих жидкостей подходит для определения площади поверхности по методу Harkins-Jura, то как площадь поверхности, так и энергия смачиваемости данной жидкостью могут быть определены в одном эксперименте. Для этого вакуумированный образец помещают в контакт с паром данной жидкости при давлении, меньшем давления насыщения данной жидкости при данной температуре (для воды ~0.4 давления насыщения, может отличается для других жидкостей) и измеряют полученную энергию Е1, а затем образец смачивают исследуемой жидкостью и измеряют энергия Е2. Энергия Е2 используется для определения площади поверхности по методу Harkins-Jura, а сумма измеренных энергий (Е1+Е2) соответствует энергии смачивания образца данной жидкостью.

1. Способ определения смачиваемости поверхности, в соответствии с которым по меньшей мере один образец исследуемого материала помещают в по меньшей мере одну герметичную ячейку калориметра, обеспечивают контакт по меньшей мере одного образца с первой смачивающей жидкостью и со второй смачивающей жидкостью при одинаковых давлении и температуре, измеряют энергии смачивания по меньшей мере одного образца первой и второй смачивающими жидкостями, после чего рассчитывают параметр смачиваемости поверхности по формуле
W = Δ i m m u 1 Δ i m m u 2 A [ γ L 1 L 2 T T γ L 1 L 2 ]
где Δimmu1 - энергия смачивания поверхности образца первой смачивающей жидкостью, Δimmu2 - энергия смачивания поверхности образца второй смачивающей жидкостью, А - площадь поверхности смачиваемого образца, γ L 1 L 2 - межфазное натяжение между первой и второй смачивающими жидкостями, Т - температура, при которой проводятся измерения, T γ L 1 L 2 - изменение межфазного натяжения между первой и второй смачивающими жидкостями с температурой.

2. Способ по п.1, в соответствии с которым первую и вторую смачивающие жидкости предварительно приводят в контакт друг с другом при температуре и давлении, соответствующих температуре и давлении, при которых производят измерение энергии смачивания.

3. Способ по п.1, в соответствии с которым площадь поверхности образца, необходимую для вычисления параметра смачиваемости, определяют по методу газовой адсорбции.

4. Способ по п.1, в соответствии с которым площадь поверхности образца, необходимую для вычисления параметра смачиваемости, определяют с помощью калориметра по методу Harkins-Jura.

5. Способ по п.1, в соответствии с которым межфазное натяжение между смачивающими жидкостями и его изменения с температурой определяют методом вращающейся капли или методом сидящей капли.

6. Способ по п.1, в соответствии с которым образец приводят в контакт с первой смачивающей жидкостью и измеряют энергию смачивания поверхности образца первой смачивающей жидкостью, очищают поверхность образца, затем в той же ячейке калориметра образец приводят в контакт со второй смачивающей жидкостью и измеряют энергию смачивания образца второй смачивающей жидкостью.

7. Способ по п.6, в соответствии с которым образец предварительно вакуумируют.

8. Способ по п.6, в соответствии с которым образец материала предварительно высушивают и очищают.

9. Способ по п.6, в соответствии с которым ячейку с образцом выдерживают до стабилизации теплового потока при температуре, при которой производят измерения энергии смачивания поверхности образца.

10. Способ по п.1, в соответствии с которым используют два идентичных образца с одинаковой площадью поверхности, каждый из которых помещают в отдельную ячейку, один из образцов приводят в контакт с первой смачивающей жидкостью, а второй образец приводят в контакт со второй смачивающей жидкостью и осуществляют одновременные измерения энергии смачивания поверхности первого образца первой смачивающей жидкостью, и энергии смачивания поверхности второго образца второй смачивающей жидкостью.

11. Способ по п.10, в соответствии с которым образцы предварительно вакуумируют.

12. Способ по п.10, в соответствии с которым образцы материала предварительно высушивают и очищают.

13. Способ по п.10, в соответствии с которым ячейки с образцами выдерживают до стабилизации теплового потока при температуре, при которой производят измерении энергии смачивания поверхности образцов.

14. Способ по п.1, в соответствии с которым в качестве образца используют керн горной породы.

15. Способ по п.14, в соответствии с которым в качестве первой и второй смачивающих жидкостей используется нефть и соляный раствор.

16. Способ по п.15, в соответствии с которым в качестве первой и второй смачивающих жидкостей используется нефть и соляный раствор при пластовых давлениях и температурах.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в строительных материалах и изделиях, а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к электрохимии и может быть использовано для исследований межфазных границ между электропроводящими твердыми электродами, находящимися в контакте с расплавленными, преимущественно высокотемпературными электролитами.

Изобретение относится к области исследования поверхностных свойств, в частности к определению смачиваемости пористых материалов, и может найти применение в различных отраслях промышленности, например в нефтегазовой, химической, лакокрасочной и пищевой.

Изобретение относится к области исследования характеристик порошковых материалов, в частности их смачиваемости. .

Изобретение относится к области молекулярной технологии (нанотехнология). .

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных и газовых залежей, а также при интерпретации ГИС (геофизических исследований скважин).

Изобретение относится к контролю качества магнитной обработки жидкостей. .

Изобретение относится к первичной обработке шерсти, в частности к способам контроля концентрации мыла в мыльно-содовых растворах для машинной промывки шерсти, и может быть использовано при массовой промывке лабораторных проб при определении выхода шерсти.

Изобретение относится к области оценки поверхностных свойств материалов и может быть использовано для разработки энергетических нанотехнологий в различных отраслях промышленности: химической, кожевенной и меховой, легкой, пищевой, медицинской, строительной индустрии и т.д. Для установления количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом в газовой фазе, скорости ее перемещения, для получения новых характеристик при оценке свойств различных веществ, в том числе порошкообразных наночастиц и наноматериалов, для перемещения жидкости используют поверхностно-активные вещества, способные переходить в газовую фазу при комнатных температурах, при этом поверхностно-активным веществом воздействуют на слой жидкости, находящейся на поверхности изучаемого материала из газовой фазы. Для этого изучаемый материал в виде пластины или в виде порошка помещают в центр ограничительной окружности, нанесенной на легко сменяемую поверхность или в кювету с известной внутренней площадью, и накрывают изучаемый материал слоем жидкости известной толщины. Затем заполняют капилляр обмакиванием в поверхностно-активное вещество, например изопропиловый спирт, выдерживают его в течение 5-10 мин в газовой среде, в которой проводят опыт. Для испарения с внешней поверхности капилляра поверхностно-активного вещества включают видео или кинокамеру и устанавливают заполненный капилляр на высоте 1-6 мм над центром поверхности изучаемого материала. Фиксирование происходящих изменений продолжают до тех пор, пока не закончится процесс перемещения жидкости. Отснятый видеоматериал помещают в компьютер и с помощью стандартных программ определяют время, необходимое для прорыва слоя жидкости по времени между отснятыми кадрами, скорость перемещения слоя жидкости по пройденному расстоянию краем перемещаемого слоя жидкости и времени, затраченному на перемещение, которое определяют по разности между отснятыми кадрами и скоростью съемки, а также объем перемещаемой жидкости во времени по изменению радиуса перемещаемого слоя и начальной толщиной слоя жидкости. Техническим результатом является установление количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом в газовой фазе, и скорости ее перемещения, в получении новых характеристик для оценки свойств различных веществ, в том числе порошкообразных наночастиц и наноматериалов. 13 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области малых энергий в химии и может быть использовано при разработке нанотехнологий в разных отраслях промышленности: химической, легкой, кожевенной и меховой, пищевой, медицинской, строительной индустрии, а также в разных областях знаний. Для оценки толщины граничного слоя воды на поверхностях с разными свойствами путем определения дальности распространения межмолекулярных сил поверхности в воду с использованием способности поверхностно-активных веществ перемещать воду, находясь в газовой фазе в виде нанокапель, в разработке на этой основе новых методов и способов применения нанотехнологий для химических и энергетических целей, получения новых знаний толщину слоя воды, находящейся во взаимодействии с веществом поверхности, на которой вода находится, определяют по разности критической толщины слоя воды, при которой еще происходит прорыв этого слоя поверхностно-активным веществом из газовой фазы, и толщиной структурированного поверхностного слоя воды, равной 0,15 мм. Информацию о критической толщине слоя воды на изучаемой поверхности получают от взаимодействия поверхностно-активного вещества с поверхностью воды, фиксируя видео или кинокамерой процесс перемещения воды от подвода капилляра с поверхностно-активным веществом до окончания перемещения воды. Затем на покадровой развертке определяют время, необходимое для прорыва слоя воды, а толщину слоя воды увеличивают и определяют, при какой толщине воды прорыва слоя не происходит. За критическую толщину слоя воды принимают толщину, при которой еще происходит прорыв всей толщины воды. Техническим результатом является разработка способа определения толщины граничного слоя воды, в котором распространяется силовое поле молекул поверхности тела, на котором жидкость находится. 6 ил.

Изобретение относится к нанотехнологиям и методам проведения металлографического анализа образцов и определения трехмерной топографии их поверхности и структуры с помощью атомно-силовой микроскопии при разрешающей способности в нанометровом диапазоне. Способ тестирования системы металлографического анализа с помощью сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) для действующего оборудования в полевых условиях, использующий макет выбранного для анализа конструкционного элемента оборудования. В указанном макете конструкционного элемента выполняют отверстие, в котором устанавливают макетный образец, изготовленный из металла, аналогичного указанному конструкционному элементу, проводят подготовку поверхности полевыми средствами и анализ с помощью полевого варианта СЗМ. Затем сравнивают результаты с результатами анализа этого же макетного образца, полученными лабораторным путем. Техническим результатом является повышение надежности результатов металлографического анализа на действующем оборудовании. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к методам металлографического анализа образцов стали и определения трехмерной топографии поверхности и ее структуры при помощи сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ). Согласно способу проводится шлифовка, полировка и либо химическое, либо электрохимическое травление образца стали, а затем сканирование поверхности образца с помощью СЗМ. В качестве СЗМ могут использоваться атомно-силовые сканирующие (АСМ), а также сканирующие туннельные (СТМ) и оптические ближнепольные сканирующие (СБОМ), совмещенные с АСМ. По результатам сканирования для металлографического заключения производится идентификация и классификация структурных элементов образца в зависимости от их формы и глубины, которые связаны со скоростью травления этих структурных элементов, определяемой их строением. Технический результат - повышение разрешающей способности, точности и информативности металлографического анализа. 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретения относятся к области определения значений параметров, характеризующих физико-химические свойства материалов, например коэффициентов диффузии, по величине электропроводности, и могут найти применение в порошковой металлургии, в изучении процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, в материаловедении и физике твердого тела. В способе определения коэффициента диффузии измеряют электропроводность материала в исходном состоянии для определения начального содержания диффузанта в покрытии на его частицах. Затем подвергают материал в насыпном виде диффузионному отжигу, охлаждают и измеряют электропроводность для определения измененного содержания диффузанта в покрытии. Измерение электропроводности материала до и после отжига проводят при различной степени уплотнения, а также до и после отжига определяют толщину покрытия и показатель его целостности, с учетом которых определяют изменение содержания диффузанта в покрытии при постоянном значении его концентрации и определяют коэффициент диффузии по выражению, полученному решением уравнения Фика. Указанную последовательность действий повторяют при различных температурах отжига материала для получения температурной зависимости коэффициента диффузии, по которой в соответствии с законом Аррениуса определяют его постоянные параметры: предэкспоненциальный множитель и энергию активации. При осуществлении способа определения толщины и показателя целостности покрытия образец материала сжимают, измеряют его электропроводность при различной степени уплотнения, определяют электропроводность материала в беспористом состоянии. Дополнительно измеряют удельную поверхность материала и электропроводность материала без покрытия, определяют среднестатистическое координационное число проводящих контактов частиц. Затем рассчитывают относительную площадь проекции неэкранированной покрытием контактной поверхности частиц материала в беспористом состоянии, характеризующую целостность покрытия, и толщину покрытия. Техническим результатом является повышение точности и достоверности определения, упрощение способа, расширение области применения. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области исследования характеристик порошковых материалов, в частности их смачиваемости. Целью изобретения является разработка более точного способа определения смачиваемости порошков. Сущность изобретения заключается в том, что в кювете с прозрачными плоско-параллельными стенками создают взвесь равномерно распределенных в воздухе частиц порошка диаметром не более 5 мкм с начальной концентрацией взвеси частиц, выбираемой из условия T0≤0.2, и измеряют спектральный коэффициент пропускания взвеси. Затем в кювету подают поток монодисперсных капель диаметром 0.8÷2.5 мм из равномерно распределенных по поперечному сечению кюветы капельниц в течение заданного промежутка времени tk, определяемого из условия Tk>2T0, и повторно измеряют спектральный коэффициент пропускания взвеси. Параметр смачиваемости порошка рассчитывается по формуле β = 4 V ln [ ( ln 1 T 0 ) ( ln 1 T k ) − 1 ] η π D 2 h n f t k где V - объем кюветы; T0, Tk - спектральный коэффициент пропускания до и после осаждения капель; η - коэффициент захвата; D - диаметр капли; h - высота кюветы; n - количество капельниц; f - частота падения капель; tk - промежуток времени подачи капель в кювету. Техническим результатом является повышение точности определения характеристик смачиваемости порошковых материалов и обеспечение проведения измерений непосредственно в пылевоздушной смеси. 3 табл., 7 ил.

Изобретение относится к области исследования свойств взаимодействия поверхности с флюидами и может быть использовано для определения теплоты адсорбции и смачивания поверхности. Заявлена измерительная ячейка калориметра, состоящая из изолированных друг от друга верхней и нижней частей, сообщающихся между собой посредством подвижного разъемного герметичного соединения. Ячейка снабжена двумя коаксиально расположенными трубками, выполненными с возможностью независимого подключения к внешним устройствам. Внешняя трубка подсоединена к верхней части ячейки, а внутренняя трубка подсоединена к нижней части ячейки через указанное подвижное разъемное герметичное соединение и выполнена подвижной. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства. 1 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области определения физико-химических свойств поверхностей и может быть использовано для оценки степени гидрофильности хвои, предварительно обработанной водяным паром. Способ определения краевого угла смачивания хвои, предварительно обработанной водяным паром, состоит в нанесении на испытуемую поверхность дозированной капли жидкости, измерении ее размеров и определения краевого угла смачивания по формуле Θ = a r c t g ( − 2 L ⋅ D 2 − d 2 d 2 ) . Техническим результатом является упрощение повышения точности измерения величины краевого угла смачивания хвои, предварительно обработанной водяным паром.1 ил.

Изобретение относится к области оценки свойств дисперсных материалов и может быть использовано для разработки энергетических нанотехнологий в разных отраслях промышленности и областях знаний, а также для разработки и управления самоорганизующихся систем, открывает возможности для изучения новых принципов построения технических устройств. Для установления дальности перемещения движущихся объектов, направления их перемещения, определения количества и размеров частиц в секторах ограничительной окружности используют объект-препарат из бумаги с нанесенной на нее ограничительной линией шириной 5-6 мм в виде окружности с помеченным центром, направлением расположения видеокамеры и разбитой на сектора тонкими линиями окружности из гидрофобного материала. При этом в помеченном центре ограничительной окружности размещают шаблон, в который помещают дисперсный материал. Затем в ограничительную окружность вносят изучаемую жидкость в количестве, обеспечивающем толщину слоя жидкости над изучаемым материалом. Далее подводят его к центру капилляр на высоте 1-6 мм, содержащий поверхностно-активное вещество, включают видеокамеру на фиксирование изменений поверхности. После завершения процесса перемещения самоорганизующихся объектов на поверхности изучаемого материала видеокамеру отключают, пластину с объектом-препаратом и изучаемым материалом внутри шаблона оставляют высыхать, не сливая воду с поверхности объекта-препарата. Затем с помощью микроскопа определяют в каждом секторе количество частиц и их размеры возле ограничительной окружности, по которым определяют, в каком направлении объекты преимущественно перемещались и примерный состав движущихся объектов. Техническим результатом является обеспечение возможности установления дальности перемещения движущихся объектов, направления их перемещения, определения количества и размеров частиц в секторах ограничительной окружности. 9 ил., 4 пр.

Изобретение относится к способам определения аэрационной способности пенообразователей, используемых в технологии пенобетонов, и может быть использовано для оценки эффективности использования пенообразующих добавок, корректировки рецептуры пенобетонных смесей. Способ определения аэрационного потенциала пенообразователей, используемых в технологии пенобетонов, включает приготовление рабочего раствора пенообразователя, измерение температуры рабочего раствора пенообразователя и приготовление пены. Также способ включает отбор проб пены, выкладывание проб пены в предварительно взвешенные емкости известного объема и определение физико-механических характеристик пены. Причем перед приготовлением рабочего раствора пенообразователя все исходные компоненты выдерживаются в испытательном помещении при стандартных условиях до выравнивания температуры, а приготовление пены осуществляют в турбулентном бетоносмесителе в течение до 5 минут начиная с малой концентрации раствора. При этом объем раствора подбирают в зависимости от конструкционных особенностей смесителя и кратности пенообразователя, а отбор проб производят из верхнего загрузочного и нижнего выгрузочного отверстий бетоносмесителя в период до 30 секунд после приготовления пены. В качестве физико-механической характеристики определяется плотность пены для каждой из проб путем взвешивания фиксированного объема пены в предварительно взвешенных емкостях и деления массы пены на ее объем. Затем определяется среднее значение плотности пены, полученной из рабочего раствора пенообразователя с заданной концентрацией пенообразователя в воде, определяется температура пены, на основании предварительно установленного значения средней плотности пены, а также известных плотностей и дозировок исходных компонентов определяется показатель аэрационного потенциала, который вычисляется по формуле: A = m р − р а m п о ⋅ ( 1 ρ п − 1 ρ р − р а ) , где А - показатель аэрационного потенциала, л/кг; ρп - плотность пены, кг/л; ρр-ра - плотность рабочего раствора пенообразователя в воде, кг/л; mр-ра - масса рабочего раствора пенообразователя в воде, г; mпо - масса пенообразователя, г. Техническим результатом является расширение числа критериев оценки качества пенообразователей. 5 ил.
Наверх