[实用新型]一种基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及材料亚微观结构表征领域，具体涉及一种基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置，能够作为样品环境测试舱用于小角散射(小角X射线散射、小角中子散射)等精密实验中。

背景技术

煤岩多孔介质亚微观结构表征对于研究煤层气资源开发、煤岩作用机理、煤与瓦斯突出防治具有重要意义。影响煤岩亚微观结构的因素有很多，如地应力、温度、孔隙压力、含水率等。目前研究煤岩亚微观结构的常用方法有：扫描电子显微镜法、透射电子显微镜法、氮气吸附法和压汞法。其中，扫描电镜法和透射电镜法仅能观察到待测样品某个剖面局部孔隙裂隙信息，这两种方法局限于煤岩孔隙裂隙的定性和半定量分析，对于研究其整个空间分布规律还存有较大的困难；氮气吸附法和压汞法需要对样品进行预处理，会造成待测样品的永久破坏，并且这两种方法仅能提供开放孔隙的定量信息，不能反映封闭孔隙的信息。如何对煤岩亚微观结构进行定量化、无损化的具象表征成为了该领域研究的重中之重，为了解决这一科学问题，通常会运用小角散射的技术。当入射束(通常为中子，X射线)照射到试样上，若试样内部存在几纳米到几百纳米尺度范围电子密度起伏时，则会在入射束附近(通常为0.05°～5°)发生相干散射，称为小角散射(SAS)。小角散射是研究材料内部纳米尺度范围物质几何结构和形态特征的一种重要物理手段，具有精度高、准直性好、非破坏性、非预处理样品、液体和固体类样品、开放孔隙和封闭孔隙均可测试等优点，因此被广泛应用于纳米多孔材料、高聚物和生物大分子等领域，尤其在煤岩多孔介质亚微观结构表征方面具有独特优势。

目前国内小角散射技术正处于起步阶段，原位环境设备的设计也尚未开发，尤其是煤岩在不同含水率下亚微观结构表征的实验研究甚少，而开展不同含水率煤岩的亚微观结构表征试验研究，对煤层气资源开发以及煤与瓦斯突出危险性预测具有一定的指导意义与参考价值。基于上述现状，迫切需要研发一种能够作为样品环境测试舱用于小角散射等精密实验的装置来研究不同含水率下煤岩多孔介质。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置，以定量化、无损化的研究不同含水率下煤岩多孔介质的亚微观结构表征。

其中，数控泵的泵口与柱型腔的进液口用进液胶管相连，柱型腔竖直放置于固定台上，柱型腔的出液口与出液胶管连接，数控阀门安置于柱型腔的出液口下方并夹持在出液胶管上，最终将待测样品放置于柱型腔内部并将装置组装完好，达到入射束可从通光孔射入并在待测样品处发生相干散射，散射束从另一通光孔射出并由探测器收集相干散射信号，后期通过图像与数据处理的方式定量化、无损化的研究不同含水率下煤岩多孔介质的亚微观结构表征的目的。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于小角散射研究不同含水率下煤岩多孔介质的装置，包括：

数控泵、柱型腔、水槽、固定台、进液胶管、出液胶管和数控阀门，所述数控泵的泵口与所述柱型腔的进液口用所述进液胶管相连，所述柱型腔竖直放置于所述固定台上，所述柱型腔的出液口与所述出液胶管连接，所述数控阀门安置于所述柱型腔的出液口下方并夹持在所述出液胶管上，所述水槽放置在所述固定台两侧。

优选地，所述柱型腔为铝合金材质做成；所述柱型腔内部的密封圈要紧密压实放置；所述柱型腔内部选用金刚石薄片；所述柱型腔的通光孔两侧内部与金刚石片通过聚酰亚胺(Kapton)薄膜用502胶水耦合连接；所述柱型腔的压实垫台与待测样品紧密贴合；所述柱型腔的两个半圆柱盘通过内六角螺丝钉旋紧带压贴合的过程中要保证每颗内六角螺丝钉旋紧程度一致，避免柱型腔受力不均在两个半圆柱盘贴合部产生缝隙，保证腔体内部的密闭性。

优选地，所述柱型腔在放置于所述固定台的过程中保证柱型腔的进液口与出液口在同一竖直方向上。

优选地，放置柱型腔时在柱型腔与固定台接触处划线标注，每次进行小角散射实验都均按照标注处进行装置的安置，保证实验装置在不同实验过程中保持原位状态。

与相关装置相比，本实用新型具有如下优点：