石油是現(xiàn)代工業(yè)的“血液”,是經(jīng)濟社會發(fā)展的動力和基礎(chǔ)。隨著地層油藏資源的不斷開發(fā),我國的主力油田已經(jīng)逐步進入石油開采的中后期階段,現(xiàn)有老舊油田未開采油氣資源主要集中于低滲透率微孔隙甚至納孔隙地層結(jié)構(gòu)中,給剩余油藏探測與開采帶來了巨大挑戰(zhàn),因此,亟需研究一種新型的石油探測開采方法。近年來,以微納馬達為代表的功能性微納結(jié)構(gòu)由于具有體積小、負載能力高等特點,能夠深入狹小空間完成宏觀機器人無法完成的任務(wù),可為目前石油領(lǐng)域存在的問題提供新的解決方法與思路。因此發(fā)展基于微納馬達的地層微納孔隙油藏精準(zhǔn)采樣技術(shù),對維護國家的能源安全和發(fā)展安全具有重要的戰(zhàn)略意義。本論文針對真實油藏儲層環(huán)境參數(shù),分析了現(xiàn)有微納馬達驅(qū)動方式的特點和限制,提出了一種超聲場驅(qū)動的地層采樣微納馬達;基于超聲驅(qū)動微納馬達應(yīng)具有形狀非對稱性的特點,分別采用了物理氣相沉積法和電化學(xué)沉積法制備了Janus球微納馬達和錐管微納馬達;基于丙烯酸樹脂交聯(lián)反應(yīng)原理,采用基于面投影微立體光固化3D打印技術(shù),制備了二維微流道模型和三維地層微流道模型�；谖⒓{馬達超聲驅(qū)動機理,建立了超聲驅(qū)動微納馬達運動的數(shù)學(xué)模型,通過數(shù)值仿真研究了微納馬達在流場中的... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

近紅外光對微納馬達啟停的遠程控制[18]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-E-F）照射時間和照射周期對微納馬達運動速度的影響圖1-2近紅外光對微納馬達啟停的遠程控制[18]（3）超聲驅(qū)動微納馬達超聲波是一種頻率高于20000Hz的聲波，方向性好，穿透能力強，且能夠獲得較為集中的聲能，因此在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)及農(nóng)業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。由于超聲驅(qū)動的頻率具有較高的生物兼容性和較強的能量，因此已應(yīng)用于微粒子的驅(qū)動與操控。超聲驅(qū)動微納馬達種類很多，按照超聲場的種類分類可以分為表面超聲和體超聲，按照聲波的種類可以分為行波和駐波。微納馬達在超聲場中主要受到聲輻射力和斯托克斯拖曳力的作用，在流場中產(chǎn)生聲流效應(yīng)，進而推動微納馬達運動。超聲驅(qū)動微納馬達可以在外界超聲波調(diào)控作用下，完成自驅(qū)動運動、自旋運動、首尾排列及自組裝等運動，且運動速度高達200μm/s，如圖1-3所示[22]。超聲對于微納粒子的形狀和尺寸都較為敏感，通過這一特征，可以設(shè)計出聲鑷子實現(xiàn)粒子的分揀。由于超聲波是機械波，因此超聲驅(qū)動微納馬達可以在粘度較高的溶液中運動，同時超聲驅(qū)動微納馬達不受溶液中離子濃度的影響，這一特性使得超聲驅(qū)動微納馬達可以在血液中運動，又由于超聲具有良好的生物相容性，超聲驅(qū)動微納馬達被認為可以用于人體內(nèi)癌細胞的甄別和去除。圖1-3超聲驅(qū)動下納米線馬達的運動形態(tài)[23]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-（4）磁驅(qū)微納馬達磁場也是常見的微納馬達驅(qū)動方式，通過對磁感應(yīng)線圈施加斜坡函數(shù)信號，則可以使微納馬達向著相應(yīng)的方向做直線加速運動，而施加正弦函數(shù)則可以使微納馬達做自旋運動。通過設(shè)計三維的變化的復(fù)合磁場，可以使微納馬達在溶液中實現(xiàn)直線運動、自旋及其復(fù)合運動[24,25]。磁場驅(qū)動的優(yōu)點是可以精確控制微納馬達的運動軌跡，如圖1-4所示，微納馬達在磁場控制下能夠在水平、豎直以及曲面墻壁附近實現(xiàn)精確的定向運動，因此可以運送聚苯乙烯(PS)微球等貨物穿過微溝壑，實現(xiàn)貨物的靶向運輸。圖1-4鎳納米線在外界磁場控制下沿墻面翻越溝壑及負載轉(zhuǎn)移PS微球[20]1.3.2微納馬達的結(jié)構(gòu)形狀1.棒狀微納馬達Mallouk的團隊大約10年前研制了一種合成化學(xué)驅(qū)動的微型馬達。其結(jié)構(gòu)為直徑370納米，長度為2微米的二段Au-Pt納米線，在2-3％過氧化氫中可以以~10體長/秒的速度進行自主運動[26]。同一時間，Ozin、Manners和同事也研究了Au-Ni納米線的旋轉(zhuǎn)運動[27]。這些原始研究引起了廣泛的關(guān)注，進而引起了相當(dāng)多致力于合成微納馬達的后續(xù)研究。其他研究發(fā)現(xiàn)納米線微納馬達的運動可歸因于自電泳[28]。這些雙金屬納米線馬達主要通過薄膜模板輔助電沉積制備。在制備納米線微納馬達的改進方法中，使用具有納米尺寸孔的氧化鋁膜，并且將不同金屬依次沉積到孔中以形成條狀棒狀結(jié)構(gòu)（圖1-5）。首先使用物理氣相沉積將一層銀或金沉積在膜的一側(cè)上以用作工作電極。然后將膜組裝在聚四氟乙烯電鍍槽中，其中扁平鋁箔靠著金屬層放置，以用作后續(xù)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]功能微納結(jié)構(gòu)在石油領(lǐng)域潛在應(yīng)用[J]. 劉合,金旭,周德開,楊清海,李隆球.  石油勘探與開發(fā). 2018(04)
[2]多物理場驅(qū)動微納馬達的運動機理及應(yīng)用[J]. 常曉叢,李天龍,周德開,張廣玉,李隆球.  科學(xué)通報. 2017(Z1)
[3]自驅(qū)動微納米馬達的設(shè)計原理與結(jié)構(gòu)簡化方法[J]. 孔磊,牟方志,姜玉周,李小豐,官建國.  科學(xué)通報. 2017(Z1)
[4]中國陸相砂巖油田特高含水期開發(fā)現(xiàn)狀及對策[J]. 王玉普,劉義坤,鄧慶軍.  東北石油大學(xué)學(xué)報. 2014(01)

碩士論文
[1]錐狀微納馬達的制備及增速方法研究[D]. 常曉叢.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[2]大功率超聲采油設(shè)備的完善與改進[D]. 陳麗華.天津大學(xué) 2012



本文編號：2950725