[发明专利]一种纳米通道中气体流动特征的实验方法

权利要求书

1.一种纳米通道中气体流动特征的实验方法，其特征在于，所述纳米通道中气体流动特征的实验方法包括以下步骤：

1)选择12.5～300nm孔径的通道束薄膜，并用扫描电镜准确对其孔径和孔密度进行测量；

2)选用高纯度气体作为气源，用以作为测量对象，并采用高压气罐作为压力源；

3)用耐高压的塑料软管连接各管路和电源，接口处采用硬密封封住；

4)利用含支撑砂岩的上下夹具各通过两个密封夹子和密封橡胶圈将通道束薄膜夹紧密封；

5)充入气体罐中的高纯氮气通过压力控制阀来控制其流速和流量，通过压力测量仪和温度测量仪读取压力和温度，气体流量由电子微流量计测量得到；

6)调节驱替压力，得到0～0.2MPa压力下的高纯氮气的流量，重复5～10次，取平均值并测取不同压力下的实验数据点7～10个；

其中步骤2)所述高纯度气体包括但不限于：高纯氮气、高纯氧气和高纯二氧化碳；所述步骤5)结束后小心取下通道束薄膜，检查通道束薄膜是否破损，若通道束薄膜破损则舍弃数据，重新进行测量，若通道束薄膜无破损，则数据有效，对其进行记录并整合分析；

对有效数据进行整合分析，结合Hagen-Poiseuille方程与实验数据进行计算和验证，得到Hagen-Poiseuille方程的修正公式：其中Q_hp为修正泊肃叶理论公式后计算所得的理论流量，N为流经的所有通道总数量，π为圆周率，r为膜孔的半径，σ为气体在管道中滑移的长度，p为气体压力，M为气体的摩尔质量，μg为真实气体粘度，Z为无因次气体偏差因子，R为气体常数，T为开尔文温度，为l段压力梯度。

2.根据权利要求1所述的一种纳米通道中气体流动特征的实验方法，其特征在于，步骤4)所述的上下夹具由两个夹具组成，分别称为上夹具和下夹具，上下夹具上设有一个直径为20～25mm的玻璃砂岩岩心柱。

3.根据权利要求2所述的一种纳米通道中气体流动特征的实验方法，其特征在于，所述玻璃砂岩岩心柱上均匀密布有孔径为0.095～0.105mm的小通孔。

4.根据权利要求2所述的一种纳米通道中气体流动特征的实验方法，其特征在于，步骤4)所述通道束薄膜包括氧化铝纳米膜。

5.根据权利要求4所述的一种纳米通道中气体流动特征的实验方法，其特征在于，所述氧化铝纳米膜孔径规格为12.5～300nm。

6.根据权利要求5所述的一种纳米通道中气体流动特征的实验方法，其特征在于，所述氧化铝纳米膜包括300nm、200nm、125nm、90nm、65nm、25nm和12.5nm中任意一种孔径规格的氧化铝纳米膜。

7.根据权利要求1所述的一种纳米通道中气体流动特征的实验方法，其特征在于，步骤6)所述调节驱替压力时，所施加的压力梯度为0～50000MPa/m。

8.根据权利要求1所述的一种纳米通道中气体流动特征的实验方法，其特征在于，步骤5)所述电子微流量计为MF4000电子微流量计，所述MF4000电子微流量计包括MF4003-2L、MF4003-3L、MF4003-4L、MF4003-5L和MF4008-10L中的任意一种。

9.根据权利要求1的一种纳米通道中气体流动特征的实验方法，其特征在于，结合Hagen-Poiseuille方程的修正公式和努森扩散得到以下在微纳尺度下实际气体流量公式：其中Q为实际气体流量，N为流经的所有通道总数量，π为圆周率，r为膜孔的半径，σ为气体在管道中滑移的长度，p为气体压力，M为气体的摩尔质量，μ_g为真实气体粘度，Z为无因次气体偏差因子，R为气体常数，T为开尔文温度，为l段压力梯度，Kn为努森数，δ为分子直径与局部孔隙直径的比值，C_g为实际气体阻力系数，D_f为孔隙壁面的分形维度，无因次。