一种基于小角散射研究煤样纳米孔隙结构的装置的制作方法

本实用新型涉及多孔介质纳米孔隙结构领域，尤其涉及一种基于小角散射研究煤样纳米孔隙结构的装置。

背景技术：

我国拥有丰富的煤炭资源，煤层中蕴含有丰富的煤层气，开发利用煤层气资源对我国的能源安全问题具有重要意义。煤层气俗称瓦斯，主要以游离瓦斯和吸附瓦斯(80％～90％)两种形式赋存于煤层中。煤是一种具有复杂微观结构特征的多孔介质，具有双重孔隙系统(孔隙-裂隙)，具有较大的内表面积(可达10～40m²/g)，煤中内部孔隙的存在关系到煤吸附、解吸气体的物理性能。煤层甲烷受分子力的作用可被吸附于煤岩孔隙表面，因而煤层具有很强的吸附能力，可以吸附大量的煤层气。煤中不同大小的孔径分布特征、孔形状及其连通性等，直接决定了煤中瓦斯(煤层气)的含量及其在煤层中的流动性，进而影响煤层中的瓦斯抽采。现有研究表明：煤中微孔发育程度决定了煤的吸附能力，且吸附最有效的吸附孔隙是纳米(100nm以下)。因此煤的纳米孔隙结构直接影响煤对ch4、co2等气体的吸附特性，进而影响煤层气含量和瓦斯抽采。因此研究煤的纳米孔隙结构特征对于煤层气开采、瓦斯抽采及co2封存等具有重要指导意义。

目前用于表征微观孔隙结构的方法主要有两大类，分别是流体侵入法和光电射线观测法，而同步辐射小角x射线散射作为光电射线观测法的一种，是研究煤微观孔隙结构的一种无损检测手段，能够完成对煤中“开孔”和“闭孔”孔隙特征、孔径分布特征以及比表面积的无损观测，其研究煤的微观孔隙结构尺度大小为1～100nm。

目前，北京同步辐射小角x射线实验站在静态测量样品纳米孔隙结构时，所采用的样品仓为单个片状，一次只能测得一个样品。小角x射线实验站机时十分宝贵，一般实验用户需大量测样，而测样时需要来回更换样品，严重浪费机时。基于上述现状，因此迫切需要研发一种能够一次测得多组实验样品的装置来研究固态多孔介质纳米孔隙结构。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提出一种基于小角散射研究煤样纳米孔隙结构的装置，并可一次测得多组实验样品。

其中，载物台包括支架、底座，支架固定安装在底座正中心位置，样品仓包括柱型腔、kapton膜，柱型腔与支架通过转轴连接，转轴固定安装于柱型腔正中心位置，kapton膜紧密贴合在柱型腔前后两侧，数控系统包括数控箱、控制中心，控制中心与数控箱连接，数控箱与转轴连接并固定安装于支架一端外侧，首先将六个样品均放置于六个微型样品台中，x射线穿过前侧kapton膜照射至微型样品台中最上方样品再穿过后侧kapton膜，投射到后端探测器上，从而获得一次实验数据，接着控制中心发出指令至数控箱，通过转轴的转动控制样品仓进行顺时针转动60度，x射线再次穿过前侧kapton膜照射至微型样品台中最上方样品再穿过后侧kapton膜，投射到后端探测器上，再次获得一次实验数据，重复上述步骤，最终可获得一组共六个实验数据。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于小角散射研究煤样纳米孔隙结构的装置，包括：

载物台、样品仓、转轴、数控系统，所述载物台包括支架、底座，所述支架固定安装在所述底座正中心位置，所述样品仓包括柱型腔、kapton膜，所述柱型腔与所述支架通过所述转轴连接，所述转轴固定安装于所述柱型腔正中心位置，所述kapton膜紧密贴合在所述柱型腔前后两侧，所述数控系统包括数控箱、控制中心，所述控制中心与所述数控箱连接，所述数控箱与所述转轴连接并固定安装于所述支架一端外侧。

优选地，所述载物台选用不锈钢材质；

优选地，所述kapton膜与所述柱型腔大小相同，所述柱型腔内环形阵列分布六个同规格大小的微型样品台，所述柱型腔厚度为0.1cm并选用不锈钢材质；

优选地，所述数控系统通过所述转轴控制所述样品仓的转动进而改变所述样品仓内六个同规格大小的微型样品台的实验位置；

与相关装置相比，本实用新型具有如下优点：

1.本实用新型述及的基于小角散射研究煤样纳米孔隙结构的装置具有数控系统，多个微型样品台，设计新颖，安装简单，解决了基于小角散射研究煤样纳米孔隙结构的问题；

2.本装置样品仓中设置六个微型样品台，可实现一次不断光进行多个样品的测量，避免了实验更换样品浪费机时以及来回开关光源对机器的损坏

3.本装置柱型腔外部粘贴有双层kapton膜，既可以固定样品，又具有很好的透光性能，有效地解决了本底对于实验数据的干扰。

4.本装置数控系统中数控系统通过数据线和数控箱连接，可以实现远程控制样品仓的转动，解决了实验时x射线对人体的辐射问题。

5.整体装置操作过程简单，平台使用方便。

附图说明

图1为本实用新型实施例的基于小角散射研究煤样纳米孔隙结构的装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例的样品仓的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的载物台的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的数控系统的结构示意图；

图中：1—样品仓；2—载物台；3—数控系统；4—转轴；1a—柱型腔；1b—kapton膜；1c—微型样品台；2a—底座；2b—支架；3a—控制中心；3b—数控箱。

具体实施方式

下面对本实用新型做进一步描述，但本实用新型的保护范围并不局限于以下所描述具体实施方式的范围：

结合图1、图2、图3、图4所示，展示了一种基于小角散射研究煤样纳米孔隙结构的装置，其中，样品例如为煤样，但不局限于煤样，可以为其他多孔介质材料；柱型腔1a内环形阵列分布六个同规格大小的微型样品台，也可分布为多种其它若干数目不同规格的微型样品台，其中：

支架2b固定安装在底座2a正中心位置，样品仓1包括柱型腔1a、kapton膜1b，柱型腔1a与支架2b通过转轴4连接，转轴4固定安装于柱型腔1a正中心位置，kapton膜1b紧密贴合在1a柱型腔前后两侧，数控系统3包括数控箱3a、控制中心3b，控制中心3b与数控箱3a连接，数控箱3a与转轴4连接并固定安装于支架2b一端外侧。

实验室用于研究煤样纳米孔隙结构时，采用以下操作步骤：

1)柱型腔1a一侧紧密粘贴kapton膜1b，将一侧紧密粘贴kapton膜1b的柱型腔1a的装置平放于适当位置，使得准备好的样品可均匀放置于六个同规格大小的微型样品台1c内部，柱型腔1a另一侧紧密粘贴kapton膜1b。

2)将装置放置于实验站适当位置，数控系统3带动转轴4转动使得样品仓1中微型样品台1c保持在顶端，使得实验开始时x射线可穿过kapton膜1b至样品正中心，打开实验光源，x射线照射样品至探测器，收集一个实验数据。

3)操纵控制中心3a传输命令至数控箱3b带动转轴4转动使得样品仓1顺时针转动60度，下一个微型样品台1c再次保持在顶端，使得x射线可穿过kapton膜1b至样品正中心，启动x射线再次照射样品至探测器，收集一个实验数据。

当实验需求更多煤样纳米孔隙结构时，可通过重新取下装置，重复1)、2)、3)所述操作步骤，达到获取不同煤样纳米孔隙结构的效果。

本实用新型用于研究煤样纳米孔隙结构时，首先在样品仓内放置好所需煤样，x射线穿过样品获得一个实验数据，然后通过数控系统控制样品仓的转动，x射线穿过不同样品从而获得不同煤样的纳米孔隙结构。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。