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大學物理科技**實驗--核磁共振成像技術在液 - 固 - 液界面接觸角測量中的應用

日期：2022-10-30 04:32

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摘要：通常透明液體接觸角的測量都是在光源背光后攝取液滴形態并處理邊緣信息得到的，其優點在于方法簡單且測量不確定度小。然而光學成像的方法無法測量兩種互不相溶的透明液體與固體形成的三相接觸角。復旦大學物理系沈元等人利用核磁共振成像的辦法獲得一般光學方法難以得到的水 - 玻璃 - 油界面、水 - 玻璃 - 苯界面影像的實驗工作...



通常透明液體接觸角的測量都是在光源背光后攝取液滴形態并處理邊緣信息得到的，其優點在于方法簡單且測量不確定度小。然而光學成像的方法無法測量兩種互不相溶的透明液體與固體形成的三相接觸角。復旦大學物理系沈元等人利用核磁共振成像的辦法獲得一般光學方法難以得到的水 - 玻璃 - 油界面、水 - 玻璃 - 苯界面影像的實驗工作，并利用得到的圖像擬合了其界面接觸角的值。實驗中**將核磁共振斷面成像的辦法應用到接觸角影像分析中去，并且作了從氣 - 固 - 液接觸角測量到液 - 固 - 液接觸角測量的有益嘗試。上圖表示了油水界面上的固體顆粒形成的接觸角，其大小決定了可能形成乳狀液的種類與穩定性并在油氣開采運輸方面有著重要的作用。

水油界面的核磁共振成像
由于傅立葉變換卷積濾波的影響，圖像的各個部位強度不一致，對左右的兩葉分開將噪聲濾去。圖3-2-2是用Matlab內建的edge函數可以找到上述圖像的邊界。為了確定橫縱縮放率，將一個1.5cm*0.874cm的塑料方塊放在相同的條件下用以定標，如圖3-2-3.

接觸角的測量
將右側半葉成像結果下移，如圖3-2-4，從中可以看出圖像的對稱性。而圖3-2-5更為清晰的展示了邊界的細節。水與苯的質子濃度相當，故選用反轉恢復序列對自旋-晶格弛豫時間T1加權成像以區分水與苯的信號?？梢詸z測圖像的邊緣并在定標后得到水和苯界面信息。如圖4-2-2 中，我們擬合求導了定標校正過的的邊界數據，結果表明后退角的值為34.3° ± 0.9°。。借助自旋密度成像、T1加權成像等辦法，我們可以區分多種不同液體所形成界面，將其中某一者變得像空氣一樣透明?？梢韵胍?，如擴散系數加權成像、化學位移成像等早已成熟的技術必將為此提供更加廣泛的應用空間。更多詳情請參考文獻 “核磁共振技術在液-固-液界面接觸角測量中的應用研究”《大學物理》2010, 第5期:53-57

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