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微纳米尺度生物体温度测量方法及展望

计量学报 2022年第6期43卷 701-711页

作者：王政欧阳可琛邢力冯晓娟张金涛清华大学精密仪器系北京100084 中国计量科学研究院热工计量科学研究所北京100029 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

温度是描述凝聚态物质系统热力学状态和演变的基本参数。微纳米级的温度传感在生物体(细胞)、芯片、低维人工材料等领域中有着重要的应用前景,可作为定量化观测生物体活动能力、化学反应、生命演变的技术途径。鉴于该类型温度传感器的... 详细信息

温度是描述凝聚态物质系统热力学状态和演变的基本参数。微纳米级的温度传感在生物体(细胞)、芯片、低维人工材料等领域中有着重要的应用前景,可作为定量化观测生物体活动能力、化学反应、生命演变的技术途径。鉴于该类型温度传感器的种类繁多、计量性能差异明显,主要从测温技术特点和计量性能两个方面,对应用于微纳米尺度生物体测温的微纳热电偶、热电阻、红外热像仪、磁性纳米粒子和荧光发光等类型的温度测量方法进行了综述和比较分析,并展望了微纳米尺度生物体温度测量领域的发展前景。

关键词：计量学温度测量生物体细胞微纳米尺度

液氮冷冲击作用对煤岩微纳米尺度孔隙结构及力学性质的影响

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天然气工业 2021年第7期41卷 82-92页

作者：杨睿月丛日超刘晗黄中伟温海涛洪纯阳油气资源与探测国家重点实验室•中国石油大学(北京) 北京市102249 中国石油大学(北京)煤层气研究中心中国石油集团海洋工程有限公司工程设计院

液氮压裂是提高煤层气储层改造效率的潜在可行性技术之一,而目前对于液氮冷冲击作用下煤岩孔喉连通性及微观渗流特征可视化的研究则较少,致使该作用对煤岩微纳米尺度渗流特征与力学性质的影响机制认识尚不明确。为了给液氮压裂提高煤层... 详细信息

液氮压裂是提高煤层气储层改造效率的潜在可行性技术之一,而目前对于液氮冷冲击作用下煤岩孔喉连通性及微观渗流特征可视化的研究则较少,致使该作用对煤岩微纳米尺度渗流特征与力学性质的影响机制认识尚不明确。为了给液氮压裂提高煤层气储层改造效率技术提供理论依据,基于CT扫描和原子力显微镜研究了液氮冷浸前、后煤岩微纳米尺度孔隙结构及力学性质的变化,揭示了液氮冷冲击作用对煤岩渗流能力的影响机制。研究结果表明:①液氮冷浸后,煤岩孔隙数量和孔隙尺度均增大,本次实验条件下孔隙度增大2倍,微裂缝占主导,微裂缝体积占比由液氮冷浸前的7.7%增至90.0%;②基于CT三维孔隙结构重构模型,液氮冷浸后,煤岩喉道数量、总长度、总体积均显著增加,较之于液氮冷浸前,分别增加了1.7倍、1.4倍、1.3倍,煤岩孔隙连通性得以明显改善;③液氮冷浸后,煤岩的绝对渗透率显著提高,在实验条件下为液氮冷浸前的77倍,热应力形成的微裂缝成为液氮冷浸后煤岩的主要渗流通道;④液氮冷浸后,煤岩基质区域和矿物区域均有孔洞及裂缝形成,煤岩表面粗糙度增加,与此同时煤岩基质区域和矿物区域的弹性模量均有所下降,弹性模量平均值分别降低81%、91%。结论认为,液氮冷冲击作用使得煤岩微观缺陷增多、力学性质劣化;液氮压裂有望成为一种高效、绿色的新型煤层气储层改造技术。

关键词：液氮压裂煤层气储集层改造效率 CT扫描数字岩心原子力显微镜孔喉连通性微纳米尺度力学性质

输液管振动与稳定性研究的新进展:从宏观尺度到微纳米尺度

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固体力学学报 2010年第5期31卷 481-495页

作者：王琳匡友弟黄玉盈倪樵华中科技大学力学系武汉430074 工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室武汉430074

本文围绕不同尺度级的输液管结构,针对液流引起的管道振动与稳定性综述了目前已有的几种物理和数学模型,详细介绍了梁模型输液管的各类振动控制方程,重点讨论了宏观尺度、微米尺度和纳米尺度下输液管振动方程的异同点.在此基础之上,进... 详细信息

本文围绕不同尺度级的输液管结构,针对液流引起的管道振动与稳定性综述了目前已有的几种物理和数学模型,详细介绍了梁模型输液管的各类振动控制方程,重点讨论了宏观尺度、微米尺度和纳米尺度下输液管振动方程的异同点.在此基础之上,进一步概述了近几年这些输液管振动与稳定性问题研究的现状和一些重要研究结果,其中也包括作者们近期的相关工作.最后对未来的研究趋势作了分析和预测.通过本文可以看到,输液管振动问题仍有不少难题尚未很好解决,特别是微纳米输液管的建模和流固耦振机理方面的研究亟需加强.

关键词：输液管振动稳定性微纳米尺度流固耦合

(0001)面氧化锌单晶微纳米尺度划痕特性实验研究

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表面技术 2023年第7期52卷 231-238页

作者：李继军李源明张丽华郎风超杨诗婷王旭东杨文欣内蒙古工业大学理学院呼和浩特010051 上海电子信息职业技术学院机械与能源工程学院上海201411 上海海事大学理学院上海201306

目的对(0001)面ZnO单晶微纳米尺度划痕特性进行实验研究,为ZnO单晶器件性能提升及ZnO单晶精密加工工艺优化等提供必要的科学依据。方法采用Berkovich金刚石压头棱向前和面向前2种划痕方式,在不同划痕速度下对(0001)面ZnO单晶进行了纳米... 详细信息

目的对(0001)面ZnO单晶微纳米尺度划痕特性进行实验研究,为ZnO单晶器件性能提升及ZnO单晶精密加工工艺优化等提供必要的科学依据。方法采用Berkovich金刚石压头棱向前和面向前2种划痕方式,在不同划痕速度下对(0001)面ZnO单晶进行了纳米划痕实验,分析了划痕速度和划痕方式对其微纳米尺度划痕特性的影响。结果当划痕速度从2μm/s增加到100μm/s时,棱向前划痕方式下的深度从352.9 nm降到了326.9 nm,面向前划痕方式下的深度从352.7 nm降到了289.9 nm;棱向前划痕方式下的切向力从4.15 mN降到了3.93 mN,面向前划痕方式下的切向力从5.12 mN降到了4.45 mN;棱向前划痕方式下的摩擦因数从0.21降到了0.19,面向前划痕方式下的摩擦因数从0.25降到了0.2;棱向前划痕方式下的残余划痕深度从162.2 nm降到了138.4 nm,面向前划痕方式下的残余划痕深度从148.3 nm降到了129.9 nm;棱向前划痕方式下的残余划痕两侧塑性堆积高度从23 nm降到了17 nm,面向前划痕方式下的残余划痕两侧塑性堆积高度从18nm降到了11nm。结论随划痕速度的增加,(0001)面Zn O单晶的划痕深度、切向力、摩擦因数、残余划痕深度及划痕两侧塑性堆积高度均在下降。在相同划痕速度下,棱向前划痕方式下的划痕深度、残余划痕深度及划痕两侧塑性堆积高度都比面向前划痕方式下的要大,而棱向前划痕方式下的切向力和摩擦因数都比面向前划痕方式下的要小。

关键词： (0001)面氧化锌单晶微纳米尺度划痕特性纳米划痕划痕速度划痕方式

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单晶锗微纳米尺度切削特性实验研究

中国有色金属学报 2019年第7期29卷 1457-1465页

作者：杨晓京刘浩罗良刘宁昆明理工大学机电工程学院

采用纳米压痕仪对单晶锗进行变载荷纳米划痕实验和恒定载荷纳米划痕实验,分析不同划痕速度和不同载荷对单晶锗切削特性的影响规律;采用原子力显微镜对样品表面进行扫描观测,分析单晶锗微纳米尺度切削加工的材料去除机理。研究结果表明:... 详细信息

采用纳米压痕仪对单晶锗进行变载荷纳米划痕实验和恒定载荷纳米划痕实验,分析不同划痕速度和不同载荷对单晶锗切削特性的影响规律;采用原子力显微镜对样品表面进行扫描观测,分析单晶锗微纳米尺度切削加工的材料去除机理。研究结果表明:划痕速度分别为10、20和50μm/s时,单晶锗(100)晶面脆塑转变临界切削力分别为10.2、12.1和9.8mN,呈现先增大后减少的规律;单晶锗(110)晶面脆塑转变临界切削力分别为9.5、7.7和6.9mN,呈现随着划痕速度的增大而减少的规律;单晶锗(111)晶面脆塑转变临界切削力分别为8.3、8.5和8.9mN,划痕速度的改变对于切削力的变化基本没有影响;当载荷分别为10、30和50mN时,单晶锗(110)晶面切削力分别为0.3、4.5和12.5mN。随着划痕速度的增大,单晶锗不同晶面切削特性表现出明显的各向异性;随着载荷的增大,单晶锗切削力也相应增大,切削力的波动范围也越来越大。本研究为分析单晶锗微纳米尺度塑性域切削提供理论基础和数据支持。

关键词：单晶锗微纳米尺度变载荷纳米划痕实验恒定载荷纳米划痕实验切削特性切削力

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微纳米尺度单晶锗表面切削加工特性

有色金属工程 2015年第4期5卷 1-4页

作者：杨晓京李勇谷汉卿张卫星昆明理工大学机电工程学院昆明650500

利用纳米压痕仪和原子力显微镜对微纳米尺度下单晶锗表面在不同刻划速度和载荷下的切削特性进行试验研究。结果表明,在定载荷的条件下,刻划速度越大,沟槽两侧切屑堆积体积越大,沟槽的深度也逐渐增大。切削力随着刻划速度的增加而增加,... 详细信息

利用纳米压痕仪和原子力显微镜对微纳米尺度下单晶锗表面在不同刻划速度和载荷下的切削特性进行试验研究。结果表明,在定载荷的条件下,刻划速度越大,沟槽两侧切屑堆积体积越大,沟槽的深度也逐渐增大。切削力随着刻划速度的增加而增加,同时还发现,刻划速度越大,切削力越趋于稳定,波动越小。在较低载荷刻划下,单晶锗表面划痕细小,深度较浅且不明显。随着载荷的逐渐增大,划痕宽度及深度也逐渐增大。沟槽两侧及探针前端有明显的切屑堆积,切削力及切削深度随载荷增大而增大,但并非呈线性增长。

关键词：微纳米尺度单晶锗切削特性划痕试验

微纳米尺度单晶铜各向异性表面切削特性实验研究

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材料导报 2015年第8期29卷 95-99页

作者：杨晓京李勇昆明理工大学机电工程学院昆明650500

利用纳米压痕仪和原子力显微镜对微纳米尺度下单晶铜各向异性表面在不同载荷和刻划速度下的切削特性进行实验研究。结果表明:单晶铜各晶面表面在较低载荷下,划痕细小且不明显。随着载荷的逐渐增大,划痕深度和宽度逐渐变大,并形成明显的... 详细信息

利用纳米压痕仪和原子力显微镜对微纳米尺度下单晶铜各向异性表面在不同载荷和刻划速度下的切削特性进行实验研究。结果表明:单晶铜各晶面表面在较低载荷下,划痕细小且不明显。随着载荷的逐渐增大,划痕深度和宽度逐渐变大,并形成明显的沟槽,在沟槽的两侧出现明显的侧流现象,探针前方出现切屑堆积,尤其单晶铜Cu(100)切屑堆积较明显;单晶铜Cu(100)在刻划速度为10μm/s、50μm/s时,切削力无明显变化规律,其余两晶向都是在同等载荷下,刻划速度越大,切削力越大。随着刻划速度的增大,切削力趋于稳定;载荷越大,切削力越大,其相应摩擦系数也增大。

关键词：微纳米尺度单晶铜各向异性切削特性

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微纳米尺度单晶硅各向异性表面的切削特性

材料科学与工程学报 2015年第4期33卷 508-511,563页

作者：杨晓京李勇昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

利用纳米压痕仪和原子力显微镜,分别对单晶硅Si(100)、Si(110)、Si(111)三种晶面取向的表面进行微纳米尺度下的切削性能进行了实验研究。实验结果表明:在定载荷下,刻划速度的大小对单晶硅Si(100)、Si(110)晶面取向的切削力、摩擦系数的... 详细信息

利用纳米压痕仪和原子力显微镜,分别对单晶硅Si(100)、Si(110)、Si(111)三种晶面取向的表面进行微纳米尺度下的切削性能进行了实验研究。实验结果表明:在定载荷下,刻划速度的大小对单晶硅Si(100)、Si(110)晶面取向的切削力、摩擦系数的大小影响较小,但对单晶硅Si(111)晶体取向影响较大;在较低载荷下,单晶硅各晶面取向表面划痕细小,深度较浅且不明显,切削力大小无明显变化规律。随着载荷的逐渐增大,划痕宽度及深度也逐渐增大,切削力也相应增大,但并非呈线性增长。当载荷增大到一定值后,单晶硅各表面发生严重的塑性变形,变形积累一定程度后,沟槽两侧及探针前端形成明显的切屑堆积。

关键词：微纳米尺度单晶硅切削特性刻划实验

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微纳米尺度下单相和两相流体流动特征研究

微纳米尺度下单相和两相流体流动特征研究

作者：胡箫浙江海洋大学

学位级别：硕士

对于单相流体在微米尺度多孔介质中的流动机理和特征已经渐渐明晰,但对于微纳米尺度下气相、液相和水-气两相的流动机理尚不清晰。纳米尺度内开展气水两相流体流动室内实验的难度远远大于单相流体,且受到纳米管中流量测量和纳米通道制... 详细信息

对于单相流体在微米尺度多孔介质中的流动机理和特征已经渐渐明晰,但对于微纳米尺度下气相、液相和水-气两相的流动机理尚不清晰。纳米尺度内开展气水两相流体流动室内实验的难度远远大于单相流体,且受到纳米管中流量测量和纳米通道制备技术的限制,单相流体和气水两相流体在亲水纳米管中的流量特征随驱替压力变化关系的研究还很少。通过本实验单相水,单相气,气水两相在微米管和纳米管中的结果,以及考虑流固耦合后,页岩的力学性能,单相气和气水两相的实验结果,表明:(1)单相水在微纳米管的实验结果表明:微米尺度下流动特征符合传统的H-P方程的描述,但纳米尺度下,水的流量将比H-P的理论流量低1个数量级,通过分析实验流动阻力系数,边界粘附层厚度滑移长度、启动压力梯度特征分析水在纳米尺度下的流动特征,并推导出在纳米尺度下的理论流量的修正公式。(2)单相气在微纳米管的实验结果表明:微米尺度下流动特征符合传统的H-P方程的描述,但纳米尺度下,气体的流量将比H-P的理论流量增大1-2个数量级,通过分析努森扩散流量,滑脱流量,滑移长度来解释气体在纳米尺度下流量增大的原因,并推导出在纳米尺度下的理论流量的修正公式。(3)气水两相在纳米管中的实验结果表明:在纳米尺度下,气液两相流表现出明显的非线性流动特征,由于流固耦合作用,气体流量大幅度降低约一个数量级,通过滑脱效应,微观可视化实验来进一步分析气水两相流动的流动特征。(4)从流固耦合对页岩力学性能和渗流规律实验结果表明:页岩饱和前后的抗压强度差距较大,水的存在降低页岩抗压强度,页岩更容易被压裂产生裂缝。单相气体在页岩中的非线性流动特征随孔径的降低而越明显,而水的存在有助于页岩气藏压裂改造,气体的渗流能力越好,达到增加产量的目的。

关键词：微纳米尺度页岩单相流两相流多孔介质流动