低溫核磁共振法測孔徑分佈

（低溫核磁共振法測孔徑分佈）核磁共振冷凍測孔法(NMR cryoporometry,NMR-C)是一種新興的孔隙表徵技術,可覆蓋奈米孔隙的測試範圍,可實現對同一樣品的連續測量,還能直接✘·、高效地獲取孔徑分佈✘·、孔隙度等資訊◕↟☁。測試過程對樣品擾動小,在頁岩等低滲介質的奈米孔隙研究中展現出了極大的潛力,可對其他孔隙表徵技術進行補充◕↟☁。

低溫核磁共振法測孔徑分佈系統框架圖

核磁共振冷凍測孔法透過採集變溫條件下的核磁共振訊號來表徵多孔介質孔隙內液體隨溫度的相變過程,基於受限材料的相變理論,對多孔材料的孔隙度✘·、孔徑分佈等性質進行深入研究◕↟☁。

核磁共振冷凍測孔法的實質是利用流體固✘·、液態核磁共振弛豫性質的差異來表徵孔隙結構特徵◕↟☁。在實際測量過程中,首先將某種液體(一般為潤溼性液體)飽和填充於待測的多孔固體材料中,透過儀器配備的冷卻裝置進行變溫操作,測量相應相變過程的液體變化量,從而獲得熔化(或凝固)曲線,分析孔隙的相關資訊◕↟☁。

圖中描述了多孔材料中孔隙內物質的相變過程◕↟☁。隨著溫度升高·▩，孔隙內液體(水）從小孔到大孔逐漸開始融化·▩，材料中液體物質逐漸增加·▩，根據Gibbs–Thomson方程·▩，液體總含量隨溫度升高而增加的過程可以看作是孔隙體積從小孔到大孔的累積過程·▩，所以準確測量多孔材料變溫過程中液體的體積·▩，可以得到材料的孔徑分佈◕↟☁。

多孔材料中物質相變行為

核磁共振冷凍測孔法不但具有常規核磁共振技術的優勢,還能提高微孔✘·、中孔的測試精度,測試範圍也能滿足低滲頁岩的需求◕↟☁。

核磁共振冷凍測孔法是一種及具研究意義與應用價值的孔隙結構表徵方法.目前,NMR-C已被廣泛用於研究介孔二氧化矽✘·、生物細胞✘·、木材等材料·▩，並且在頁岩等岩石的孔隙表徵方面也具有廣闊的應用前景.

不同表徵方法頁岩孔徑分佈結果對比圖

相較於傳統的方法,核磁共振冷凍測孔法在奈米介質孔隙研究方面的優點可概括如下:

(1)該方法較壓汞法✘·、氮氣吸附法等能較好地表徵納米孔隙結構,且可在水相環境下進行測試◕↟☁。

(2)NMR-C利用核磁共振技術對孔內資訊進行直接獲取,減小了對孔隙結構的破壞,也使得測試過程更加直接✘·、快速◕↟☁。

(3)透過改變樣品形態以及利用流體的毛細✘·、擴散等作用,NMR-C可獲得閉孔資訊,可用於低滲介質有效孔隙度✘·、總孔隙度的對比研究◕↟☁。

推薦儀器│↟│：核磁共振奈米孔隙分析儀NMRC12-010V

[參考資料│↟│： 核磁共振冷凍測孔法及其在頁岩奈米孔隙表徵的應用[J]. 科學通報, 2016, 21(v.61):71-78.]