모공 구조

Pore structure
다공질 매체의 마이크로 CT:보라색인 다공질 매체의 모공과 녹색-노란색인 불투과성 다공질 매트릭스.

기공 구조는 다공질 [1][2]매체의 다공성, 기공 크기, 기공 크기 분포 및 기공 형태학(예: 기공 모양, 표면 거칠기 및 기공 채널의 고환성)을 특징짓기 위해 사용되는 일반적인 용어입니다.기공은 기체, 액체 또는 심지어 [3]이물질의 미세한 입자가 존재할 수 있는 불투과성 다공질 매트릭스 표면의 개구부입니다.기공 구조와 다공질 매체의 유체 흐름은 밀접하게 관련되어 있습니다.

미세 크기의 공극 반지름, 복잡한 연결성 및 상당한 [4]이질성으로 인해 공극 구조의 복잡성은 이러한 [5]유체의 유압 전도율과 유지 능력에 영향을 미칩니다.고유 투과성은 주로 모공 구조에 의해 영향을 받는 속성이며, 유체 흐름과 분배를 지배하는 기본적인 물리적 요인은 입자의 표면 대 부피 비와 입자 [6]형태입니다.

기공 공간이 유체가 흐를 수 있는 채널의 네트워크로 구성되어 있다는 생각은 특히 도움이 됩니다.모공 개구부는 모공 본체로 알려진 비교적 큰 부분을 나누는 비교적 얇은 단면입니다.다른 해부학적 유사점으로는 모공의 넓은 부위에 대해서는 "배" 또는 "허리"를, 수축 부위에 대해서는 "목" 또는 "목"을 포함한다.모공체는 모래와 같은 텍스처 모공 공간이 지배적인 매체에서 일반적으로 주변 입자의 크기보다 상당히 작은 입자의 입간 간격입니다.한편[7] 웜홀은 지름이 실질적으로 길이에 걸쳐 일정하면 단일 기공으로 간주할 수 있다.

이러한 모공은 세 가지 유형의 경계 중 하나를 가질 수 있습니다. (1) 협착은 모공 공간의 국소적으로 가장 좁은 부분을 가로지르는 평면, (2) 다른 모공(웜홀 또는 균열 등)과의 경계 또는 (3) [8]고체와 경계입니다.

투과성

보라색 다공성(미세 탄산염 입자의 석고판 아래 얇은 부분)스케일바 500마이크로미터

다공질 매체에서 빈 공간의 비율을 [9]다공성이라고 합니다.모공이나 공극의 부피를 전체 부피로 나누어 결정합니다.이 값은 백분율 또는 0과 1 사이의 소수점으로 표시됩니다.대부분의 암석의 다공성은 1%에서 40%에 이른다.

다공성은 지열 시스템, 유전 및 가스장, 대수층의 유체 저장에 영향을 미치며 지질학에서 중요한 역할을 한다는 것을 분명히 합니다.암석의 부피 특성과 특정 광물의 특성 사이의 연결뿐만 아니라 지질 형성을 가로지르는 유체 이동과 운송은 다공질 [10]구조의 크기와 연결성에 의해 제어됩니다.

다공성 측정

다공성을 계산하기 위해 샘플의 총 부피와 모공 공간 부피를 측정했습니다.

모공 공간 부피 측정

모공의22 부피를 계산하기 위해 헬륨고온계를 사용하였으며, 11보일의 법칙에 의존하여 작은 구멍을 쉽게 통과하여 불활성인 헬륨가스와 시료의 고체 부분을 식별하였다.코어를 넣는 곳은 부피가 알려진 샘플 챔버입니다.압력이 알려진 부피의 기준 챔버에 인가됩니다.두 개의 룸이 연결되어 있기 때문에 헬륨 가스가 기준 챔버에서 샘플 챔버로 이동할 수 있습니다.샘플 고체의 체적은 시작 압력과 최종 압력 사이의 비율을 사용하여 계산됩니다.헬륨 pycnometer에 의해 계산된 공극 부피는 총 부피와 고체 [11]부피 사이의 차이입니다.

모공 크기 및 모공 크기 분포

모공 크기

일반적으로 [8]모공의 크기를 정의하기 위해 모공 몸체 또는 목의 유효 반지름을 사용합니다.고체에서 모공의 위치, 모양 및 연결은 수많은 특성 중 일부에 불과하며, 모공의 가장 간단한 측면은 크기 또는 단일 공간 차원에서의 범위일 수 있습니다.

모공 형태와 같은 다른 요소들과 비교했을 때, 모공 크기가 고체의 특성에 가장 크거나 광범위한 영향을 미친다는 것은 논쟁의 여지가 있다.따라서 모공 크기 또는 모공 크기 분포를 사용하여 다양한 다공질 물질을 묘사하고 대조하는 것은 분명 편리하고 [12]가치가 있습니다.

세 가지 주요 모공 크기 범위(국제 순수 및 응용 화학 연합이 권장하는 모공 크기의 현재 분류)[12]는 다음과 같습니다.

주요 모공 크기 [12]범위입니다.
마이크로포어 2nm 미만의 공극 폭
메소포어 2 ~ 50 nm의 공극폭
마크로포어 공극 폭이 50nm보다 큼

모공 크기 분포

일반적인 토양의 부피에서 각 모공 크기의 상대적 풍부함은 모공 크기 분포로 나타납니다.f(r) 함수로 나타내며, f(r)의 값은 r을 중심으로 한 최소 범위 내의 유효 반지름인 모든 모공의 총 부피에 비례한다.그리고 f(r)는 텍스쳐 및 구조 구성요소를 [8]가지고 있다고 생각할 수 있습니다.

모공 크기 분포 측정

수은 침입 기공[13] 측정 및 가스 흡착은[14] 재료 및 전원의 모공 크기 분포를 결정하기 위한 일반적인 기술입니다.

끓는 온도에서 질소 또는 아르곤 흡착등온체를 이용한 가스흡착기법으로 모공 크기 분포를 연구할 때 분자 수준에서 수백 nm까지의 모공 크기를 결정할 수 있다.압력 센서의 정확한 구속조건과 냉각수의 온도 안정성으로 인해 실제 [15]환경에서 관측된 최대 모공 크기는 100nm를 약간 초과합니다.

수은 기압계는 비습수은에 압력을 가함으로써 모공 크기 분포를 결정하고 관련 침입량을 정량화한다.모공 크기는 이 방법을 사용하여 쉽게 추정할 수 있으며 수 nm에서 1000 m 범위입니다.수은 침입 시 10nm 미만의 모공에 140MPa의 압력이 필요하므로 재료는 압력을 견딜 수 있을 만큼 견고해야 합니다.또한 잉크병 [15]넥의 모공 크기를 결정하는 아이디어를 활용합니다.

모공크기와 모공크기 분포의 관계

무작위로 구성된 다공질 시스템에서 모공 크기와 모공 크기 분포 사이의 관계는 단조로울 것으로 예상됩니다. 즉, 더 큰 모공이 더 큰 입자와 연결됩니다.모공 크기와 입자 크기 사이의 관계는 대부분의 토양의 무작위하지 않은 성질 때문에 복잡하다.클레이를 포함한 큰 입자와 작은 입자에서 큰 모공이 발견될 수 있으며, 이 입자는 응집을 촉진하여 큰 모공의 발달을 촉진합니다.무작위로 구성된 매체에서 모공 크기 분포의 세분화는 토양 수분 보유 이력 [8]등 보다 복잡한 개념화로 토양의 보다 구체적인 특성을 나타낼 수 있다.

모공 형태학

모공 형태학은 액상과 [16]기체상을 나타내는 모공 채널의 형태, 표면 거칠기, 그리고 굴곡성입니다.

모공 채널의 굴곡성

모공 공간을 가로지르는 두 점 사이의 최단 경로 길이와 직선 거리 사이의 비율은 X-선 마이크로토모그래피로 촬영된 곡면성입니다.

기공 채널의 굴곡도는 다공성 시스템의 수송 특성을 측정할 뿐만 아니라 내부 침투 [17][18][19]경로의 부극도와 복잡성을 표현하기 위해 사용되는 독특한 기하학적 양이다.

토루시티는 지구과학에서의 전기전도율,[20] 유체투과, 분자확산 및 열전달의 수송거동에 밀접하게 연결되어 투과성, 유효확산성, 열전도율, 형성저항률 [18][21]등의 석유물리 파라미터에 영향을 미칩니다.

표면 거칠기

다공질 매체에 대한 표면 거칠기의 표준 정의는 루트 평균 제곱 거칠기 또는 산술 거칠기와 같은 상대 표면 높이와 비교하여 측정된 평균 수직 좌표 값을 기반으로 합니다.그러나 프랙탈 위상에 대한 고려가 부족하여 상대적인 표면 높이 정의가 실제로는 [22][23]불충분한 것으로 간주되었다.

"실제 표면적" 대 "기하학적 평활 표면적"의 비율은 표면 거칠기의 두 번째 정의로 사용되었다.이 정의는 흐름 방정식을 변경하거나 유체-유체 계면 [24][25]영역을 측정하기 위해 여러 연구에서 적용되었습니다.

프랙탈 지오메트리의 기본 개념은 표면 거칠기의 세 번째 정의가 어디에서 [26]유래하는지, 프랙탈 치수 조정을 사용하여 모공 표면(2차원) 또는 전체 다공질 매체(3차원)를 수정하여 표면 치수를 더 크게 하거나 미디어 [27]치수를 감소시키는 것입니다.유사한 정의인 허스트 거칠기 지수가 가끔 사용됩니다.이 수량은 0에서 1까지이며 프랙탈 차원에 연결됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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추가 정보

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외부 링크