[发明专利]一种纳米通道中气体流动特征的实验方法

说明书

本发明涉及一种能够实现亚微米‑纳米尺度下对气体流动进行实验研究、操作简便的纳米通道中气体流动特征的实验方法，所述纳米通道中氮气流动特征的实验方法包括以下步骤：测量孔径和孔密度，选择气源，连接各管道及线路，利用夹具和胶圈对通道束薄膜进行密封，进行阶梯性试验并且对实验测量结果进行记录和整理，检查通道束薄膜是否有发生破损，若无发生破损则数据有效。

技术领域

本发明涉及一种实验方法领域，尤其涉及一种能够实现纳米尺度下对气体流动进行实验研究、操作简便的纳米通道中气体流动特征的实验方法。

背景技术

近20年来，随着微纳技术的日渐应用，气体在纳米通道内的流动特征受到了人们的关注，以往的纳米通道中的研究一般用分子动力学模拟的方法，很少采用实验的方法。气体在微米、纳米尺度下的受力情况远不同于宏观尺度下(1mm-1m)，其流量或者远大于传统理论预测的流量，或者远小于传统理论预测的流量。气体在微米、纳米尺度下流动特征的明确，有利于在生物工程、医疗、油气田开发中效率的提高。

在现有技术中用于纳米尺度的纳米管束中最多的是碳纳米管，但是由于碳纳米管一般小到单分子的直径或者单一的纳米刻蚀通道，流量太小难以检测，因此常规的实验根本无法对气体的流动特征进行测量。

发明内容

为解决以往的纳米通道中的研究一般用分子动力学模拟的方法，很少采用实验的方法，而气体在微米、纳米尺度下的受力情况远不同于宏观尺度下(1mm-1m)，其流量或者远大于传统理论预测的流量，或者远小于传统理论预测的流量，无法进行准确预测和测量的问题，本发明提供了一种能够实现纳米尺度下对气体流动进行实验研究、操作简便的纳米通道束中气体流动特征的实验方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种纳米通道中气体流动特征的实验方法，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12.5～300纳米孔径的通道束薄膜，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)步骤1)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。

作为优选，步骤3)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。

作为优选，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。

作为优选，步骤3)所述通道束薄膜包括氧化铝纳米膜。

作为优选，所述氧化铝纳米膜孔径规格为12.5～300nm。

作为优选，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。

作为优选，进行步骤3)所述加压驱替步骤时，所施加的压力梯度为0～50000MPa/m。