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大学物理科技**实验--核磁共振成像技术在液 - 固 - 液界面接触角测量中的应用

日期：2022-08-16 00:09

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摘要：通常透明液体接触角的测量都是在光源背光后摄取液滴形态并处理边缘信息得到的，其优点在于方法简单且测量不确定度小。然而光学成像的方法无法测量两种互不相溶的透明液体与固体形成的三相接触角。复旦大学物理系沈元等人利用核磁共振成像的办法获得一般光学方法难以得到的水 - 玻璃 - 油界面、水 - 玻璃 - 苯界面影像的实验工作...



通常透明液体接触角的测量都是在光源背光后摄取液滴形态并处理边缘信息得到的，其优点在于方法简单且测量不确定度小。然而光学成像的方法无法测量两种互不相溶的透明液体与固体形成的三相接触角。复旦大学物理系沈元等人利用核磁共振成像的办法获得一般光学方法难以得到的水 - 玻璃 - 油界面、水 - 玻璃 - 苯界面影像的实验工作，并利用得到的图像拟合了其界面接触角的值。实验中**将核磁共振断面成像的办法应用到接触角影像分析中去，并且作了从气 - 固 - 液接触角测量到液 - 固 - 液接触角测量的有益尝试。上图表示了油水界面上的固体颗粒形成的接触角，其大小决定了可能形成乳状液的种类与稳定性并在油气开采运输方面有着重要的作用。

水油界面的核磁共振成像
由于傅立叶变换卷积滤波的影响，图像的各个部位强度不一致，对左右的两叶分开将噪声滤去。图3-2-2是用Matlab内建的edge函数可以找到上述图像的边界。为了确定横纵缩放率，将一个1.5cm*0.874cm的塑料方块放在相同的条件下用以定标，如图3-2-3.

接触角的测量
将右侧半叶成像结果下移，如图3-2-4，从中可以看出图像的对称性。而图3-2-5更为清晰的展示了边界的细节。水与苯的质子浓度相当，故选用反转恢复序列对自旋-晶格弛豫时间T1加权成像以区分水与苯的信号。可以检测图像的边缘并在定标后得到水和苯界面信息。如图4-2-2 中，我们拟合求导了定标校正过的的边界数据，结果表明后退角的值为34.3° ± 0.9°。。借助自旋密度成像、T1加权成像等办法，大家可以区分多种不同液体所形成界面，将其中某一者变得像空气一样透明。可以想见，如扩散系数加权成像、化学位移成像等早已成熟的技术必将为此提供更加广泛的应用空间。更多详情请参考文献 “核磁共振技术在液-固-液界面接触角测量中的应用研究”《大学物理》2010, 第5期:53-57

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