אנו בתודה להכיר מימון מפחם פחמן ואחסון מרכז קטאר המחקר (QCCSRC), ובלבד במשותף על ידי קטאר פטרוליום, Shell, וקטאר מדע וטכנולוגיה פרק. אנחנו גם מכירים מימון מאימפריאל קולג &#39;Consortium על נקבובית בקנה המידה מידול.

1. הדמיה עיצוב אסטרטגיה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על מנת לחזות את ביצועי ההדמיה של אפשרויות מומסות שונות למי מלח, לחשב את ספקטרום צילום רנטגן של צילומי רנטגן האירוע 29-31. כולל את ההשפעה של ליבה-בעל, ההרכבה הליבה ונוזלי כליאת בספקטרום x-ray. ספקטרום רנטגן דוגמא אירוע באמצעות מתח ההאצה של 80 קילו וולט נוכחי ואלקטרונים של 87 מייקרו-אמפר מוצג באיור 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שקלו את הספקטרום הזה לגורמי השידור של המדגם המכיל נקבוביי נוזלים שונים. לדמות שינויים בגורם השידור עקב שינויים בנקבוביים הנוזל באמצעות החוק בר-למברט, בהנחת אורך אפקטיבי אופטי של המינים בתוך המדגם, ומקדמי הנחתה רנטגן מחושבים (איור 3) 32. לקבוע את גורם שידור הכולל על ידי שילוב על כל אנרגיות רנטגן האירוע. דוגמא לגורמי שידור היעילים וכתוצאה מכך למתרי הרוקx וחומר נקבובית-חלל, והשינויים בגורמי שידור ביחס למקרה שבו הנקבובי החלל מלא באבק שניתן לראות בטבלה 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר מומס מלח וריכוז כזה שהשינוי בגורם שידור קשור עם מלח הוא כמחצית מהשינוי בגורם שידור הקשורים למוצק. זה יהיה למקסם את שלושה ניגוד שלב בתמונה המשוחזרת. תשקול את הכמות הנדרשת של מלח (7% (w / w) KI שימש לניסוי שממנו תוצאות הנציג נלקחו) ומרץ לערבב עם מים ללא יונים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחלופין, אם הרכב מלח ספציפי הוא רצוי, לשנות את מתח האצת מקור רנטגן כדי לשנות את הספקטרום של צילומי רנטגן האירוע. </li></ol></li></ol> 2. אסיפה של ציוד וסלולרי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרכיב את הציוד כפי שמוצג להלן באיור 2. שימוש הצצה flowlines כדי להפחית עומס מדגם רוחב על תא הזרימה.לבדוק כל חיבור בזהירות לכל הדלפות נוזל. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את מלח, של ההרכב החליט במהלך שלבי 1.1-1.3, בבסיסו של הכור. עטוף את דוד גמיש סביב תא הזרימה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות אבזרי קצה מתכת. הסר את החוט מ&quot; סוף 1/16 &quot;1/8 ל1/8&quot; מפחית הולם. ואז לחתוך חריצים קטנים בפרצופו של &quot;סוף 1/8 של הולם לחלק CO 2 מוזרק על כל פניו של הליבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעביר את תרמי בלחץ הגבוה דרך חלקי מתכת של סוף מיקרו-זרימת התא וחותם באמצעות ¼ &quot;ferrules ואגוז, כך הצומת החמה של הצמד התרמי ממוקמת בצמוד לכניסת הפנים של הליבה, תוך annulus כליאת של התאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקדחה מדגם רצוי לליבה 6.5 מ&quot;מ בקוטר 30 מ&quot;מ ל -50 מ&quot;מ האורך. לטחון את הקצוות שטוחים הליבה, כדי להבטיח חיבור טוב עם חתיכות מתכת הסוף. לעטוף ליבה זה ברדיד אלומיניום ואז למקם withiשרוול אלסטומר flouro-פולימר na. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחבר את קצות שרוול אלסטומר לאבזרי קצה מתכת. להוסיף לעטוף אחר של נייר אלומיניום לצד החיצוני של שרוול אלסטומר לפני הצבת הצומת החמה של הצמד התרמי ליד annulus הכליאה של התא וההוספה לעטוף סופי של נייר אלומיניום. זה מהווה את ליבת ההרכבה (איור 4). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרכיב מיקרו תא זרימה עם ההרכבה הליבה אטומה בתוכו ולחבר את התא לבמה בתוך מתחם מיקרו-CT (איור 5) באמצעות מהדק רכוב על גבי הבמה CT הסיבובית. </li></ol> 3. מערכת ויסות לחץ <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את כל השסתומים מלבד שסתום 1, 2 ו -3, כהגדרתו באיור 3. טען CO 2 מהגליל למשאבה 1 והכור, אז קרוב שסתום 1. לאט לאט להעלות את הטמפרטורה ולחץ בתוך הכור שלרצוי ל נקבובי נוזלים במהלך הניסוי. </li><li&gt; מרץ לערבב את הכור במשך שעה לפחות 12 כדי להבטיח את כל השלבים נמצאים בשיווי משקל כימי לפני הזריקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתוח שסתום 14 ולטעון את נוזל כליאת למשאבה 3. שסתום לסגור 14. להרחיב שסתומי 12 והחצים 13. annulus כליאת של התאים לגבוהים יותר ב -10% לפחות מהלחץ הנקבובי נוזל המוצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלח פתוח שסתום 11. טען למשאבה 2. שסתום לסגור 11 שסתומים פתוח 9, 8 ו -6. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאט חצים על נקבובית-החלל של הסלע עד שהוא בלחץ נקבובי נוזל הרצוי, ממלא את החלל הנקבובי של המדגם עם מלח שלא מתאזן עם scCO 2. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שסתום 4. Flush פתוח יותר מ -1,000 כרכים נקבוביות של מלח equilibrated דרך הליבה על ידי מילוי משאבה 2 בקצב זרימה מתמיד. נפח נקבובית נמצא על ידי הכפלה בנקבוביות מצאו באמצעות porosimetry הליום ליבת הנפח. הערה: זו miscibly תחליף תמיסת equilibrated un, להבטיח 100% רווי מלח ראשוני וCreaתנאי טינג בליבה דומה לתנאים תת-הקרקעיים באקוויפר בנקודה מעט קדימה של החלק הקדמי של פלומת scCO 2. </li></ol> 4. נוזל זרימה ותמונת רכישה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עובר דרך 10 כרכים נקבוביות (כ 1 מיליליטר) של scCO 2 דרך הליבה במחירים נמוכים מאוד זרימה (1.67 × 10 מ &#39;3 -9 / sec), על מנת להבטיח מספר נימים נמוך של כ 10 -6. הרף לקחת תחזיות 2D על מנת למדוד את מוזרק הנפח הכולל ידי התבוננות הנקודה כאשר scCO 2 מחליף מלח בחלל הנקבובית בצורה מדויקת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עובר דרך 10 כרכים נקבוביות (כ 1 מיליליטר) של מלח equilibrated דרך הליבה באותו קצב זרימה נמוך, גורם scCO 2 לנלכד כשלב שייר בנקבובי-החלל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר צעדי 4.1 או 4.2, לקחת סריקות של המדגם לניקוז תמונה או שְׁקִיָה בהתאמה. השתמש בגודל voxel כך שכל הקוטר של הליבה המתאימה בתחום של view. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשחזר את הסריקות באמצעות תכנית שיקום טומוגרפית. כדי לסרוק את כל אורכו של הליבה ואילו לשמור גודל voxel קטן, לשחזר כרכי מרוכבים על ידי תפרים יחד חלקים חופפים מרובים, שנרכשו ברצף. הערה: כל קטע נדרש כ -400 תחזיות, לוקח 15-20 דקות כדי לרכוש, כך הסריקה של כל נפח מרוכבים לקחה בערך 90 דקות. </li></ol> 5. עיבוד תמונה ופילוח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל קצה באמצעים לא-מקומי שימור מסנן 33,34 לבסיס הנתונים ולתקן את התמונות לכל התקשות קרן או ריכוך חפצים שנוצרו במהלך שחזור תמונה על ידי דוגמנות חפצים אלה פונקציות גאוס כרדיאלית סימטריות 35. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נתוני מגזרים (להפוך את המידע בגווני אפור לייצוג בינארי של CO 2 בתוך התמונה) על ידי השימוש באלגוריתם פרשת מים עם זרע שנוצר באמצעות היסטוגרמה 2D 36, טיפול CO <sub&gt; 2 כשלב אחד והמלח והרוק יחד כשלב האחר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנתח תמונה מפולחת זה למצוא הן את המספר הכולל של CO 2 voxels וגם בגדלים של כל אשכול מחובר של CO 2 השייר. </li></ol>

The authors have nothing to disclose.

השלבים הקריטיים ביותר עבור הדמיה מוצלחת של נוזלים רבים-בלחצים וטמפרטורות גבוהים הם: 1) הבידוד המוצלח של הנוזל הנקבובית מנוזל כליאת שמסביב; 2) האיזון היעיל של הנוזלים ורוק לפני הזרקה; בקרת טמפרטורה אפקטיבית לאורך הניסוי 3); ו 4) הפילוח היעיל של תמונות וכתוצאה מכך. השימוש באלומיניום עוטפת הוא קריטי לבידוד המוצלח של הנקבובית-הנוזל מהנוזל המקיף את כליאת כבתמורת diffusive העדרו על פני השרוול הוא מהיר, ורוויה בליבה לא תישאר קבועה למשך הסריקה. בעיה זו יכולה להיות גם לידי ביטוי כאשר נוזל נשאר בflowlines הצצה לתקופות ממושכות של זמן (&gt; 2 hr) לפני ההזרקה לתוך הליבה בשלב 4.1 ו -4.2. שוב, CO 2 חילופי diffusively פני הפלסטיק, גורמים למלח לdesaturate. אם de זהמלח רווי מוזרק לתוך הליבה, רוויה בליבה תקטן כאשכולות השייר פוזר על-ידי מי מלח שהוחדר. שיטות אחרות לאיזון נוזלים וסלעים, כוללים סחרור נוזל 50, הוצעו בספרות. שיטות אלה להגדיל את המורכבות של הגדרת הניסוי, אשר בתורו היה גדלה כמות הזמן עבור כל ניסוי, אשר היו בתורו הגדילו את הסבירות לכך שהמלח בקווי זרימה היה desaturated diffusively. בקרת טמפרטורה אפקטיבית היא חיונית, ואת הנוכחות של צמד תרמי בתוך annulus הכליאה של תא הזרימה היא קריטית עבור זה. טמפרטורה נמדדת רק בנקודה אחת, כלומר ייתכן שיש כמה שיפוע פני המדגם, שמוביל לחוסר איזון מסיסות ופירוק או exsolution. זה יכול להיות ממוזער על ידי איתור הצומת החמה של הצמד התרמי קרוב ככל האפשר כדי לאהוא מפרצון פניו של ליבת הסלע. הפילוח היעיל של תמונות וכתוצאה מכך יכול להיות אתגר אמיתי עם מערכות אלה, כמו הפילוח של תמונות המכילות רוויה חלקית של נוזלים מרובים הוא באופן משמעותי יותר מאתגר כי הפילוח של תמונות יבשות, ולכן השימוש בthresholding האוניברסלי אפורה בקנה מידה הפשוט הוא לא מספיק 51. השימוש בפילוח פרשת מים לא רק נותן את התוצאות הכי אמינות, בהשוואה לאלגוריתמים אחרים בספרות, אבל גם יעיל ביותר בהתמודדות עם חפצי טבעת ונפח חלקי 35. אחת המגבלות משמעותיות ביותר של טכניקה זו הוא שזה יכול רק לגשת למרחב מקרו-הנקבובית של סלע. Microporosity (בקני מידה קטנות יותר מאשר את רזולוציית התמונה) נותר בלתי נגיש, ועשוי להיות חשוב לזרימה רבה-. רזולוציות גבוהות יותר לחשוף חלק גדול יותר של החלקים של חלל נקבובית הללו, אלא גם מתאימות לירידה בהשדה דואר מבט. תחולתה של הטכניקה לסוג סלע ספציפי ניתן לטפל על ידי השוואת הרזולוציה של הסריקה להתפלגות גודל הגרון הנקבובית המתקבלת בשיטה עצמאית כגון לחץ נימי הזרקת כספית. שיטה זו היא טכניקה מובילה להדמיה הנקבובית בקנה המידה של נוזלים מרובים בתנאי מאגר במערכות מציאותיות, עם יישומים קיימים הכוללים מחקר השוואתי של צלב נימי השמנה 24 ומדידת זווית מגע 26, והשיטה היא ישימה בקלות ל מגוון רחב של מערכות נקבוביות. עבודה בעתיד יכולה ללמוד, בקנה המידה הנקבובית, במגוון רחב של שלב אחד וזרימה רבה-בבעיות תקשורת נקבוביות בנציג תנאים של האקוויפרים מתחת לפני הקרקע, שדות נפט וגז ומערכות גיאולוגיות עמוקות אחרות.

לכידת פחמן ואחסון הוא התהליך שבו CO 2 הוא נתפס ממקורות נקודות גדולים ומאוחסנים בסלע נקבובי, לעקירת תמלחות התושב כך שהוא נשאר בתת הקרקע למאות עד אלפי שנות 1. CO 2 מתגורר בתת הקרקע כשלב סופר-קריטי צפוף (scCO 2), עם מאפיינים שונים באופן קיצוני ל- CO 2 בתנאי הסביבה. ישנם ארבעה מנגנונים עיקריים שבאמצעותה scCO 2 עשוי להיות משותק בתת הקרקע: הסטרטיגרפי, מסיסות, מינרלים ושמנים שייר. הלכידה הסטרטיגרפי המקום שבו CO 2 מתקיימים מתחת סלעי חותם בלתי חדירים; לכידת מסיסות היא המקום שבי CO 2 מתמוסס לתוך מי מלח התושב המקיף את CO הזריק 2-4 פבואר; לכידת מינרלים שבו שלבי מינרלים פחמה הם זירז בסלע 5; ולכידת שייר או נימים שבו CO 2 מוחזק על ידי כוחות המשטחטיפות זעירות כ( הגרעינים) בנקבובי-החלל של הסלע 6. זה יכול להתרחש באופן טבעי, על ידי ההעברה של CO 2 פלומה 7-9, או יכול להיגרם על ידי ההזרקה של מרדף תמלחות 10. על מנת להבין את התהליכים המסדירים את הזרימה ולכידה של CO 2 זה בתת קרקע חבילה חדשה של ניסויים חייבת להתנהל, רתימת חידושים בטכנולוגיה כדי להבין את הפיזיקה הבסיסית הקשורים בזרימה רב-שלבים טובים יותר. microtomography X-ray פיתח כטכניקה על פני 25 השנים האחרונות מניסיונות מוקדמים לדמיין שני דגימות יבשות גיאולוגיות 11 ושלבי נוזל מרובים 12 לשיטה העיקרית להדמיה לא פולשנית של ליבות סלע, גם למטרות דוגמנות ולניסוי יישום 13-15. בגלל microtomography אינו פולשני, יש לו את היכולת ללמוד מערכות בתנאי נציג, שהוא במיוחד attractivדואר למערכת -brine-הרוק CO 2, כזרימה רבה ההתנהגות של scCO 2 תלויה מאוד במאפיינים תרמו-פיזי, כגון מתח interfacial וזווית מגע, אשר בתורו פונקציה חזקה של תנאי מערכת, כמו טמפרטורה, לחץ 16-18 מליחות. במערכת כל כך מורכבת, עם סט כזה נרחב והבין היטב של משתנים בין-תלויים, ניסויים באמצעות מבנים אידיאליים נקבוביות 19 או נוזלים אנלוגיים 20,21 ייתכן שלא יהיו ישימים לזרום תהליכים בתת הקרקע. הדמיה נוזלים מרובים בנציג תנאים במערך הזרקה פוטנציאלי CO 2 יש, עם זאת, נשאר אתגר 22. במחקר זה אנו מתארים מתודולוגיה לבחינת התנהגות רבת-נוזל בתנאי מאגר, תוך התמקדות בבדיקה של נימי השמנה 23,24. זה יכלול עיצוב של אסטרטגית הדמיה, ההרכבה של תא הנוזל, הזרקת strategy ועיבוד תמונה הבא. הבדיקה הניסיונית של נקבובית בקנה מידת זרימה רבה-התנהגות במערכות רוק אמיתיות מתמקדת בהדמיה של ליבות סלע רוויים באופן חלקי לאחר ששתי הזרקה הלא הרטבת שלב (ניקוז) והזרקת הרטבת שלב (שְׁקִיָה). הנוזלים הללו מוזרקים על ידי חיבור הליבות למשאבות הזרקת נוזל באמצעות קווי זרימה גמישים, תוך כליאת הליבה באמצעות עיצוב coreholder האסלר סוג 25. להצלחת תמונה ההסדר באתר של scCO 2 ומלח, רומן והתקנה ניסיונית רגישה מאוד היה בשימוש, ומתמקד בעיקר בשימוש במיקרוסקופ x-ray ברזולוציה גבוהה 23,24,26. הדרישות לביצוע ניסויים בטמפרטורות ולחצים גבוהים מאוד מחמירות, ודורשות התפתחויות האחרונות בשני המתקנים בטכנולוגית החומרים ומיקרו-CT. הדרישות המרכזיות שצריכות להתממש הן שכל בעל ליבה / מדגם צריך להיות able לעמוד בתנאי לחץ גבוה בטמפרטורה גבוהה (HPHT) תוך שמירה מספיק רנטגן השקוף כדי לאפשר הדמיה אפקטיבית. מכשירים מבוססי מעבדה להטיל מגבלה נוספת, כמו הליבה בעל חייב להיות קטן מספיק כך שמקור רנטגן ניתן למקם בסמוך למדגם, וכי הגדלת רנטגן גיאומטרית גדולה מספיק יכולה להיות מושגת באופן שהשטח הנקבובית הוא יעילות נפתר. למרות מגבלה זו כבר רגועה במקצת עם כניסתה של אופטיקה המשנית במכונית מיקרו-CT מבוסס מעבדה חדשה יותר, זה לא הוסר לחלוטין, במיוחד אם פעמים רכישה מהירות הן רצויים, כמו הגדלה אופטית גבוהה יותר נוטה להגדיל את הזמן הנדרש לרכישה תמונות. ניסויים עם נוזלים מסיסים לספק אתגר נוסף בעת שימוש פעמים רכישה ארוכות, כCO 2 יהיה לנטרל באמצעות חלקי פולימרים של ההרכבה הניסיונית, הפחתת הרוויה הנוזל באתר.ll נושאים אלה גרמו לכך שפעמים רבות יותר מאשר סריקה סביב שעה 2 היו לא מעשיות. על מנת לשמור על זמני סריקה מתחת דרישה זו, מחמירים במיוחד למקורות מבוססים מעבדה, ליבת בעל חייב להיות סביב 1 סנטימטר קוטר. גודל coreholder גדול היה מחייב הגלאי להיות הרבה יותר מהמקור כדי להשיג את אותה הגדלה גיאומטרית, הפחתת אירוע שטף רנטגן על הגלאי ולכן הגדלת זמני חשיפת הקרנה הנדרשת. תא הזרימה משמש בניסויים אלה היה מבוסס על עיצוב תא האסלר מסורתי, שנבנה סביב שרוול סיבי פחמן, עם עיצוב שרוול דומה לזה המשמש על ידי et al Iglauer 27, אבל עם שני שינויים משמעותיים:. 1) סיבי פחמן מרוכבים המשמש בייצור השרוול שונה מסיבי T700, עם קשיחות של 230 GPA, לסיבי M55, עם קשיחות של 550 GPA. זה לא רק הפחית את כמות תנועת מדגם במהלך רכישת טומוגרפיה, אלא גם הגדיל את המקסימום ווrking לחץ של התא מ -20 מגפ&quot;ס 50 מגפ&quot;ס. 2) השרוול כבר מוארך של 212 מ&quot;מ 262 מ&quot;מ כדי לאפשר את המקור וגלאי כדי להיות קרוב למדגם ככל האפשר. חסרון עיקרי בניסוי המחקר הראשון שהשתמש במייקרו-CT לבחון CO 2 בתנאי מאגר היה השימוש בקווי מתכת כדי לשלוט בזרימה ומליבת בעל 27. כדוגמא הוא הסתובב ביחס למשאבות, קווי הזרימה גם צריכים להיות מסובבים. קווי זרימה נוקשה יכולים לגרום המדגם לנוע, הפחתת רזולוציית תמונה אפקטיבית או ביצוע כל בסיס הנתונים לבלתי שמישים או כמה. כדי למנוע זאת החלפנו את כל קווי הזרימה קרובים לבמה הרוטציה עם קטון אתר polyether גמיש צינורות (פיק). קווי זרימה אלה היו גמישים, המספקים כוחות קטנים מאוד לרוחב (עומס) לליבת בעל במהלך רכישה. כמו כן, אנו מחוברים קווי זרימה לשסתומים מצורפים לבמה המדגם, ולא מצרפים את קווי הזרימה לcoreholder. פירושו של הדבר שכל עומס זרימת קו הקיים הועבר ישירות לבמה, ולא למדגם, הפחתת ההסתברות של תנועת מדגם. חסרון עיקרי של שימוש בצינורות הצצה היה שCO 2 היה מסוגל לפזר לאט דרכו, על לוח זמנים של כ 24 שעות. פירושו של הדבר שCO 2 מלח רווי שנשאר בקווי הזרימה היה desaturate בהדרגה. עוד חסרון עיקרי של ניסוי מחקרים הקודמים היה שליטה מדויקת של טמפרטורה. זה יכול להשפיע על תוצאות במספר הדרכים. ראשית, טמפרטורה היא שליטה חזקה בשתי זווית המתח וקשר interfacial 16-18. יתר על כן, המסיסות של שני סלע scCO 2 ופחמו במי מלח היא גם מאוד תלוי בטמפרטורה 28. שליטת מסיסות היא קריטית, כאשר scCO 2 מוזרק לתוך האקוויפר פחמתי מלוח זה יתמוסס לתוך מלח התושב, ויצר חומצה פחמתית תגובתי, אשר תהיה בtuRN להתחיל לפזר כל נוכחים קלציט. כל אי דיוק בשליטת מסיסות ולכן יכול להוביל לscCO 2 פירוק / exsolution או פירוק / משקעים מוצקים. מחקרים קודמים 27 משמשים נוזל כליאת מחומם לחום coreholder; אולם זה היה בעייתי. יש לו את החסרונות של הקושי בשמירה על דיוק לחץ כליאה קבוע באמצעות אספקת מים הסירקולציה מחודשת, הדורשים חימום אמבטיות נוספות לאספקה ​​ש. יתר על כן, מערכת זו שומרת רק שליטה מדויקת של טמפרטורה בנקודת אמבט החימום (לא בנקודה של בעל הליבה, ונוזל כליאת היה מגניב בין אמבט המים ובעל הליבה). כמו כן, דורש הן כניסה ויציאת פורקן לנוזל כליאת, הגדלת מספר קווי נוזל מצורף לcoreholder וכך להגדיל את עומס קו הזרימה. במקום להשתמש בנוזל מחומם כליאת, לחימום גמישמעיל ng שימש להקיף את בעל הליבה. שיטת חימום פשוטה מאוד זה הביאה עומס coreholder מעט מאוד, ואפשרה לחימום המדויק ומדויק. סרט מחמם polyimide דק מאוד היה בשימוש, על מנת לצמצם את גודל מדגם. הבנייה של הסרט הזה מורכבת מאלמנט חרוט נחושת רדיד .0127 מ&quot;מ עובי, במארז בין שתי שכבות של סרט polyimide .0508 מ&quot;מ. אלמנטי הנחושת קיימים במעייל ניכר לא להשפיע על איכות תמונה. טמפרטורה נמדדה באמצעות צמד תרמי יושב בannulus כליאת של התאים. זה היה ממוקם בצד החיצוני של שרוול כליאת, הקרוב ככל האפשר לליבה, מה שמבטיח קריאה מדויקת, אמינה ויציבה של הטמפרטורה הנקבובית-נוזל. הסרט התרמי וחימום היו קשור לבקר נגזר אינטגרלי פרופורציונלי לפי הזמנה (PID), וטמפרטורות היו בשליטה בתוך ± 1 מעלות צלזיוס. כדי לשמור על שליטה מלאה ovאה מסיסות בין-שלב, ומייצגת תנאים הנוכחיים באקוויפר רחוק מאתר ההזרקה, לפני ההזרקה מי מלח היה equilibrated עם scCO 2 על ידי ערבוב נמרץ שני הנוזלים יחד עם חלקיקים קטנים (1-2 מ&quot;מ) של סלע המארח בכור עורר ומחומם. כל הרכיבים הרטובות בתוך כור זה עשויים Hastelloy כדי למזער קורוזיה. הכור מכיל צינור לטבול מסונן כדי לאפשר לנוזל צפוף יותר להיעקר מהבסיס של הכור (מלח) ונוזל פחות צפוף להיעקר מהחלק העליון של הכור (scCO 2). משאבות מזרק לחץ גבוה שמשו כדי לשמור על זרימת לחץ ושליטה במרחב-הנקבובית של הסלע ובכור, עם דיוק תזוזה של 25.4 nl. מנגנון הניסוי נעשה שימוש במחקר זה מוצג באיור 1. מלח היוני המשמש לניסוי שממנו תוצאות הנציג צוירו היה אשלגן יודיד (KI), שכן יש משקל אטומי גבוה וכךמקדם גבוה רנטגן הנחתה, מה שהופך את חומר ניגוד יעיל. מלחים פחות מרככים (כגון NaCl) או תערובות יכולים לשמש, מליחות אולם גדולה יותר יידרשו כדי להשיג את אותו הנחתה x-ray.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="608">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Name of Reagent/ Equipment</td>
			<td style="width:107px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">High Pressure Syringe Pump</td>
			<td style="width:107px;">Teledyne ISCO</td>
			<td style="width:119px;">1000D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Parr Reactor</td>
			<td style="width:107px;">Parr Instrument Company</td>
			<td style="width:119px;">4547A - hastelloy</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PEEK Tubing</td>
			<td style="width:107px;">Kinesis</td>
			<td style="width:119px;">1560xL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Potassium Iodide Salt</td>
			<td style="width:107px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">30315-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Carbon Dioxide</td>
			<td style="width:107px;">BOC</td>
			<td style="width:119px;">CO2 - size E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Thermocouple</td>
			<td style="width:107px;">Omega Engineering</td>
			<td style="width:119px;">KMTSS-IM300U-150</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Kapton Flexible Heater</td>
			<td style="width:107px;">Omega Engineering</td>
			<td style="width:119px;">KH-112/10-P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">X-Ray Microscope</td>
			<td style="width:107px;">Zeiss</td>
			<td style="width:119px;">Versa XRM 500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Snoop Leak Detector</td>
			<td style="width:107px;">Swagelok</td>
			<td style="width:119px;">MS-SNOOP-8OZ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Flouro-Elastomer Polymer (Viton) Sleeve</td>
			<td style="width:107px;">Fisher Scientific</td>
			<td align="right" style="width:119px;">11572583</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Micro-CT Coreholder</td>
			<td style="width:107px;">Airborne Composites</td>
			<td style="width:119px;">262mm Coreholder</td>
			<td>Constructed in conjunction with Imperial College</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Tomographic program</td>
			<td style="width:107px;">Zeiss</td>
			<td style="width:119px;">XM-Reconstructor</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">ImageJ - image processing</td>
			<td style="width:107px;">NIH</td>
			<td style="width:119px;">ImageJ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Matlab</td>
			<td style="width:107px;">Mathworks</td>
			<td style="width:119px;">Matlab</td>
			<td>Used for regression analysis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Avizo</td>
			<td style="width:107px;">FEI</td>
			<td style="width:119px;">Avizo</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

reservoir condition pore-scale imaging of multiple fluid phases using x-ray microtomography

microtomography X-ray שימש לתמונה, ברזולוציה של 6.6 מיקרומטר, ההסדר הנקבובית בקנה המידה של גרעיני פחמן דו חמצני שיורית בנקבובי-החלל של סלע פחמת בלחצים ובטמפרטורות נציג של תצורות אופייניות המשמשות לאחסון CO 2. שיווי משקל כימי בין שלבי CO 2, מלח ורוק נשמר באמצעות כור בטמפרטורה גבוהה בלחץ גבוה, המשכפל רחוק מאתר הזרקת תנאים. זרימת נוזל נשלטה באמצעות משאבות מזרק טמפרטורה גבוהה בלחץ גבוה. כדי לשמור על נציג תנאים באתרו בתוך סורק מיקרו-CT coreholder מיקרו CT בלחץ גבוה סיבי פחמן היה בשימוש. CO 2 חילופי פעפוע פני שרוול כליאת מהנקבובי-החלל של הסלע לנוזל כליאת נמנע על ידי המקיף את הליבה עם לעטוף משולש של רדיד אלומיניום. לעומת זאת מי מלח משוחזר היה מודל באמצעות מקור רנטגן צבעוני, והרכב מלח wכפי שנבחר על מנת למקסם את ניגוד שלושה שלב בין שני הנוזלים והרוק. קווי זרימה גמישים שמשו להפחתת כוחות על המדגם במהלך רכישת תמונה, שעלול לגרום לתנועת מדגם לא רצויה, חסרון גדול בטכניקות קודמות. תרמי פנימי, ממוקם ישירות סמוך לליבת הסלע, בשילוב עם לעטוף חיצוני גמיש חימום ובקר PID שימש כדי לשמור על טמפרטורה קבועה בתוך תא הזרימה. כמויות ניכרות של CO 2 היו לכודים, עם הרוויה שייר של .203 ± 0.013, והגדלים של גרעיני נפח גדולים יותר לציית הפצות חוק כוח, עולות בקנה אחד עם תיאורית החלחול.

התוצאות עבור פחמתי בודד, גיר Ketton, אואוליט מלינקולנשייר אבן גיר חבר העליון נותחו ב3D על מנת לזהות ולמדוד את עוצמת הקול של כל גנגליון הייחודי מנותק, שהיה אז שכותרתו (איור 6). כל העיבוד נערך במסגרת תוכניות Avizo אש 8.0 וImageJ 37. התמונות רוויות באופן חלקי המפולחות נותחו על ידי ספירת מספר voxels של scCO לכוד residually 2 כדי למצוא את הפרופורציה של הסלע שנכבש על ידי scCO הלכוד 2 הנפח - יכולת נימי השמנה. אז זה יכול להיות מומר לרווית שייר (r S) על ידי חלוקת ערך זה על ידי נקבוביות כפי שמתקבל באמצעות porosimetry הליום. ממדים משמעותיים של scCO 2 היו לכודים כרווית שייר, עם הרוויה שייר של .203 ± 0.013. זה מסכים עם התוצאות שנמצאו במחקרים קודמים באמצעות מיקרו-CT 23. לימודי ליבה בקנה מידה גדולים יותר של השמנה שייר בסוג הסלע הזה הראו רוויה שייר נמוכה של 0.137 ± 0.012 38. החדירה של מי מלח לתוך ליבה רוויה scCO 2 היא תהליך שבו שְׁקִיָה נוזל הרטבה (מלח) פולש כל נקבובית, לעקירת נוזל הרטבה אינה (scCO 2). ברוק חזק במים רטובים אנו מצפים מים כדי למלא תחומי החלל הנקבובית לפי סדר הגודל 39,40, השמנה הגרעינים מנותקים בתהליך הנקרא snap-off. תהליך זה צריך להיות חלחול כמו 41 כך תחזיות יכולות להתבצע על התפלגות הגודל של האשכולות המבודדים. N מספר האשכולות של נפח של (נמדד בvoxels) צריך סולם כ, שבו τ הוא מעריך פישר 42. דוגמנות רשת הראתה כי בסורגים קבועים מעוקב תלת-ממדיים הערך של מעריך זה הוא סביב τ = 2.189 43. דרך טבעית אחד לחילוץ מעריך זה מנתונים אמיתייםהוא לתכנן הכמות זרקה לפח, כפי שהוגדר בDias ווילקינסון 41. <img alt="משוואת 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52440/52440eq1.jpg" /> שאמור להתרחב כ: <img alt="משוואה 2" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52440/52440eq2.jpg" /> זה אז זמם על מגרש לוג-לוג כפונקציה של s (איור 7), מראה כוח חוק התנהגות לגרעינים גדולים, אבל תת-ייצוג של הגרעינים קטנים יותר בהשוואה לחוק כוח המודל. המעריך שמחושב בניכוי הגרעינים קטנים יותר מ -10 5 voxels (כ תחילת כוח חוק ההתנהגות) וביצוע רגרסיה לבנברג-Marquardt 44,45 באמצעות אלגוריתם לפחות מוחלט שייר חזק הולם 46,47. זה בוצע באמצעות חבילת תוכנה מסחרית. מעריך פישר למערכת זו היה 2.287 ± 0.009, CLOSE לשווי התיאורטי של 2.189, המציין שְׁקִיָה כי במערכת זו היא אכן חלחול כמו. באופן כללי יותר תוצאות אלו לאשר את מסקנות בניסויי ליבה-מבול גדול 38,48,49 שscCO 2 פועל כשלב-הרטבה שאינה בפחם. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig1.jpg" /> איור 1. מנגנון ניסיוני, המראה את המשאבות, שסתומים וכור משמש לשליטה זרימה והישיבה של coreholder בתוך מתחם מיקרו-CT. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52440/52440fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig2.jpg" /> איור 2. ספקטרום האנרגיה המנורמל לאירוע בקרן רנטגן על הליבה, fi<html> ltered דרך coreholder, כליאת שרוול וכליאת נוזל. מחושב באמצעות SpekCALC 29-31. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig3.jpg" /> איור 3. מקדמי הנחתה ליניארי של נוזלים שונים וחומרי רוק כפונקציה של אנרגיית פוטון. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig4.jpg" /> איור 4. פירוט של ההרכבה הליבה, המציג לעטוף אלומיניום משולש סביב הליבה, מניעת CO 2 חילופי diffusive פני שרוול flouro-אלסטומר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52440/52440fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 0 / 52440fig5.jpg &quot;/&gt; פרט איור 5. של תא זרימה, מנגנון החימום ומיקום בתי ההרכבה הליבה בתוך תא הזרימה. התרמי חייב להיות ממוקם קרוב ככל האפשר לפניית הכניסה של הליבה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52440/52440fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו .</a> <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig6.jpg" /> איור 6. תמונה של פחמה לאחר ניקוז ושְׁקִיָה. טיוח 3D של הליבה לאחר חמישה ניסויים שְׁקִיָה טיוח 3D של הליבה לאחר הניקוז שבו כל אשכול שלב הרטבה שאינה ניתן בצבע שונה (). (BF), צבעוני כפי שתואר ל(). מגוון הרחב של צבעים מצביע על שלב שייר מחובר בצורה גרועה. (G) חתך של הליבה לאחר ניקוז. השלב החשוך ביותר הוא scCO 2, שלב ביניים הוא מלח והשלב הגבוה ביותר הוא דגני רוק. חתך של הליבה לאחר שְׁקִיָה (H). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52440/52440fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig7.jpg" /> איור 7. התפלגות הגודל של הגרעינים שיורית שמוצגים באיור 6. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> נקבוביות חומר מילוי </td><td> אבק </td><td> CO 2 </td><td> H 2 O </td><td> H 2 O - 7% WT NaCl </td><td> KI% wt 7 - 2 O H </td><td> המוצק (קאקו 3) </td></tr><tr><td> שידור פקטור </td><td> 0.25 </td><td> .247 </td><td> 0.243 </td><td> .242 </td><td> .224 </td><td> .202 </td></tr><tr><td> שינוי ביחסי גורם שידור ואקום </td><td> N / A </td><td> -0.003 </td><td> -.007 </td><td> -.008 </td><td> -.026 </td><td> -.048 </td></tr></tbody></table> סיכום טבלה 1. תוצאות (גורם שידור והשינוי בגורם שידור ביחס למקרה מולא הוואקום) מסימולציה של התכונות אופטיות x-ray של חומר הסלע ונקבובי חלל מילוי צילם במהלך מחקר זה. כל עמודה מייצגת חומר שונה מילוי הנקבובית-החלל של הסלע בתוך coreholder.

Watch this Scientific Journal Video about Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography at JoVE.com

Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

We present a methodology for the imaging of multiple fluid phases at reservoir conditions by the use of x-ray microtomography. We show some representative results of capillary trapping in a carbonate rock sample.

הדמיה מאגר מצב נקבובי בקנה מידה של שלבי נוזלים מרובים באמצעות Microtomography X-ray

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space ...

reservoir-condition-pore-scale-imaging-multiple-fluid-phases-using-x

Research

JoVE Journal

Engineering

12.4K Views.  Imperial College London. We present a methodology for the imaging of multiple fluid phases at reservoir conditions by the use of x-ray microtomography. We show some representative results of capillary trapping in a carbonate rock sample.

Video: Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

Dispersive אנרגיה טומוגרפיית רנטגן עבור מיפוי 3D היסודות של חלקיקים בודדים

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Failure Analysis of Batteries Using Synchrotron-based Hard X-ray Microtomography

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent of lithium-ion batteries, researchers have known that the lithium metal anode has the highest theoretical energy density of any anode material. However, rechargeable batteries containing a lithium metal anode are not widely used in consumer products because the growth of lithium dendrites from the anode upon charging of the battery causes premature cell failure by short circuit. Lithium dendrites can also form in commercial lithium-ion batteries with graphite anodes if they are improperly charged. We demonstrate that lithium dendrite growth can be studied using synchrotron-based hard X-ray microtomography. This non-destructive imaging technique allows researchers to study the growth of lithium dendrites, in addition to other morphological changes inside batteries, and subsequently develop methods to extend battery life.

Synchrotron-based hard X-ray microtomography is used to image the electrochemical growth of dendrites from a lithium metal electrode through a solid polymer electrolyte membrane.

ניתוח כישלון של סוללות שימוש Microtomography הקשיח רנטגן מבוסס Synchrotron

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent ...

Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is reported. The measurements were demonstrated at the 1-BM bending magnet beamline of the Advanced Photon Source (APS) at Argonne National Laboratory (ANL). By using a 2-D checkerboard &#960;/2 phase-shift grating, transverse coherence lengths were obtained along the vertical and horizontal directions as well as along the 45&#176; and 135&#176; directions to the horizontal direction. Following the technical details specified in this paper, interferograms were measured at different positions downstream of the phase grating along the beam propagation direction. Visibility values of each interferogram were extracted from analyzing harmonic peaks in its Fourier Transformed image. Consequently, the coherence length along each direction can be extracted from the evolution of visibility as a function of the grating-to-detector distance. The simultaneous measurement of coherence lengths in four directions helped identify the elliptical shape of the coherence area of the Gaussian-shaped X-ray source. The reported technique for multiple-direction coherence characterization is important for selecting the appropriate sample size and orientation as well as for correcting the partial coherence effects in coherence scattering experiments. This technique can also be applied for assessing coherence preserving capabilities of X-ray optics.

The measurement protocol and data analysis procedure are given for obtaining transverse coherence of a synchrotron radiation X-ray source along four directions simultaneously using a single 2-D checkerboard phase grating. This simple technique can be applied for complete transverse coherence characterization of X-ray sources and X-ray optics.

מדידת רנטגן Beam קוהרנטיות לאורך כיוונים מרובים באמצעות 2-D דמקה שלב פומפיה

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data acquisition times with high spatial resolution. In the electronics industry there is serious interest in performing failure analysis on 3D microelectronic packages, many which contain multiple levels of high-density interconnections. Often in tomography there is a trade-off between image resolution and the volume of a sample that can be imaged. This inverse relationship limits the usefulness of conventional computed tomography (CT) systems since a microelectronic package is often large in cross sectional area 100-3,600 mm2, but has important features on the micron scale. The micro-tomography beamline at the Advanced Light Source (ALS), in Berkeley, CA USA, has a setup which is adaptable and can be tailored to a sample&#39;s properties, i.e., density, thickness, etc., with a maximum allowable cross-section of 36 x 36 mm. This setup also has the option of being either monochromatic in the energy range ~7-43 keV or operating with maximum flux in white light mode using a polychromatic beam. Presented here are details of the experimental steps taken to image an entire 16 x 16 mm system within a package, in order to obtain 3D images of the system with a spatial resolution of 8.7 &#181;m all within a scan time of less than 3 min. Also shown are results from packages scanned in different orientations and a sectioned package for higher resolution imaging. In contrast a conventional CT system would take hours to record data with potentially poorer resolution. Indeed, the ratio of field-of-view to throughput time is much higher when using the synchrotron radiation tomography setup. The description below of the experimental setup can be implemented and adapted for use with many other multi-materials.

For this study synchrotron radiation micro-tomography, a non-destructive three-dimensional imaging technique, is employed to investigate an entire microelectronic package with a cross-sectional area of 16 x 16 mm. Due to the synchrotron&#39;s high flux and brightness the sample was imaged in just 3 min&#160;with an 8.7 &#181;m spatial resolution.

שימוש Synchrotron קרינה Microtomography לחקור חבילות מיקרו-אלקטרוניים תלת ממדי רב היקף

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic electrolyte, and an O2-breathing cathode. The aprotic electrolyte is a solution of lithium salt with aprotic solvent; and porous carbon is commonly used as the cathode substrate. To improve the performance, an electrocatalyst is deposited onto the porous carbon substrate by certain deposition methods, such as atomic layer deposition (ALD) and wet-chemistry reaction. The as-prepared cathode materials are characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray absorption near edge structure (XANES). A Swagelok-type cell, sealed in a glass chamber filled with pure O2, is used for the electrochemical test on a battery test system. The cells are tested under either capacity-controlled mode or voltage controlled mode. The reaction products are investigated by electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy, and Raman spectroscopy to study the possible pathway of oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). This protocol demonstrates a systematic and efficient arrangement of routine tests of the aprotic Li-O2 battery, including the electrochemical test and characterization of battery materials.

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

A protocol for the electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery with the preparation of electrodes and electrolytes and an introduction of the frequently used methods of characterization is presented here.

פרוטוקול של מבחן אלקטרוכימי אפיון Aprotic Li-O<sub&gt; 2</sub&gt; סוללה

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve geologic seals and allow CO2 to escape. However, the dissolution processes at reservoir conditions are poorly understood. Thus, time-resolved experiments are needed to observe and predict the nature and rate of dissolution at the pore scale. Synchrotron fast tomography is a method of taking high-resolution time-resolved images of complex pore structures much more quickly than traditional &#181;-CT. The Diamond Lightsource Pink Beam was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 hours. The images were segmented and the porosity and permeability were measured using image analysis and network extraction. Porosity increased uniformly along the length of the sample; however, the rate of increase of both porosity and permeability slowed at later times.

Synchrotron fast tomography was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 h.

Dynamic נקבובית בקנה מידה Reservoir-מצב הדמיה של ריאקציה קרבונטים שימוש טומוגרפיה Synchrotron מהיר

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

In Depth Analyses of LEDs by a Combination of X-ray Computed Tomography (CT) and Light Microscopy (LM) Correlated with Scanning Electron Microscopy (SEM)

In failure analysis, device characterization and reverse engineering of light emitting diodes (LEDs), and similar electronic components of micro-characterization, plays an important role. Commonly, different techniques like X-ray computed tomography (CT), light microscopy (LM) and scanning electron microscopy (SEM) are used separately. Similarly, the results have to be treated for each technique independently. Here a comprehensive study is shown which demonstrates the potentials leveraged by linking CT, LM and SEM. In depth characterization is performed on a white emitting LED, which can be operated throughout all characterization steps. Major advantages are: planned preparation of defined cross sections, correlation of optical properties to structural and compositional information, as well as reliable identification of different functional regions. This results from the breadth of information available from identical regions of interest (ROIs): polarization contrast, bright and dark-field LM images, as well as optical images of the LED cross section in operation. This is supplemented by SEM imaging techniques and micro-analysis using energy dispersive X-ray spectroscopy.

In Depth Analyses of LEDs by a Combination of X-ray Computed Tomography CT and Light Microscopy LM Correlated with Scanning Electron Microscopy SEM

A workflow for comprehensive micro-characterization of active optical devices is outlined. It contains structural as well as functional investigations by means of CT, LM and SEM. The method is demonstrated for a white LED which can be still be operated during characterization.

ב ניתוח עומק של נוריות ידי שילוב של טומוגרפיה ממוחשבת X-ray (CT) ואור מיקרוסקופית (LM) בקורלציה עם מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (SEM)

In failure analysis, device characterization and reverse engineering of light emitting diodes (LEDs), and similar electronic components of ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line intensity ratios. By using a Johann spectrometer viewing the plasma, it is possible to construct profiles of plasma parameters such as density, temperature, and velocity with good spatial and time resolution. However, benchmarking atomic code modeling of X-ray spectra obtained from well-diagnosed laboratory plasmas is important to justify use of such spectra to determine plasma parameters when other independent diagnostics are not available. This manuscript presents the operation of the High Resolution X-ray Crystal Imaging Spectrometer with Spatial Resolution (HIREXSR), a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma. In addition, this manuscript covers a laser blow-off system that can introduce such ions to the plasma with precise timing to allow for perturbative studies of transport in the plasma.

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas. This manuscript presents the operation of a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma.

החלת רנטגן הדמיה קריסטל ספקטרוסקופיה לשימוש כמו טמפרטורה גבוהה אבחון פלזמה

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

Visually Based Characterization of the Incipient Particle Motion in Regular Substrates: From Laminar to Turbulent Conditions

Two different experimental methods for determining the threshold of particle motion as a function of geometrical properties of the bed from laminar to turbulent flow conditions are presented. For that purpose, the incipient motion of a single bead is studied on regular substrates that consist of a monolayer of fixed spheres of uniform size that are regularly arranged in triangular and quadratic symmetries. The threshold is characterized by the critical Shields number. The criterion for the onset of motion is defined as the displacement from the original equilibrium position to the neighboring one. The displacement and the mode of motion are identified with an imaging system. The laminar flow is induced using a rotational rheometer with a parallel disk configuration. The shear Reynolds number remains below 1. The turbulent flow is induced in a low-speed wind tunnel with open jet test section. The air velocity is regulated with a frequency converter on the blower fan. The velocity profile is measured with a hot wire probe connected to a hot film anemometer. The shear Reynolds number ranges between 40 and 150. The logarithmic velocity law and the modified wall law presented by Rotta are used to infer the shear velocity from the experimental data. The latter is of special interest when the mobile bead is partially exposed to the turbulent flow in the so-called hydraulically transitional flow regime. The shear stress is estimated at onset of motion. Some illustrative results showing the strong impact of the angle of repose, and the exposure of the bead to shear flow are represented in both regimes.

Two different methods for characterizing the incipient particle motion of a single bead as a function of the sediment bed geometry from laminar to turbulent flow are presented.

באופן חזותי המבוסס על אפיון חלקיק התחלתית של סובסטרטים רגיל: מלמינריות לתנאים הסוערת

Two different experimental methods for determining the threshold of particle motion as a function of geometrical properties of the bed from laminar to ...

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in industry. The wettability of the produced surface was analyzed by bouncing drop experiments and the topography was analyzed by confocal microscopy. In addition, we show various methodologies to measure its durability and anti-icing properties. Superhydrophobic surfaces hold a special texture that must be preserved to keep their water-repellency. To fabricate durable surfaces, we followed two strategies to incorporate a resistant texture. The first strategy is a direct incorporation of roughness to the metal substrate by acid etching. After this surface texturization, the surface energy was decreased by silanization or fluoropolymer deposition. The second strategy is the growth of a ceria layer (after surface texturization) that should enhance the surface hardness and corrosion resistance. The surface energy was decreased with a stearic acid film.
The durability of the superhydrophobic surfaces was examined by a particle impact test, mechanical wear by lateral abrasion, and UV-ozone resistance. The anti-icing properties were explored by studying the ability to repeal subcooled water, freezing delay, and ice adhesion.

We illustrate several methodologies to produce superhydrophobic metal surfaces and to explore their durability and anti-icing properties.

ייצור של משטחי מתכת Superhydrophobic עבור יישומים ציפוי אנטי

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...