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毛细管在带电粒子传输和导向方面的应用文献综述（王洪成，2010年5月23日）摘要：本文首先回顾了离子束技术的整体状况，在此基础上介绍了具有各种形状及尺寸的毛细管在离子束聚焦及导向方面的国内外研究进展，包括纳米尺寸直管、宏观弯管毛细管及宏观锥形毛细管分别对电子束，高电荷态离子束的聚焦和导向技术研究进展。
指出电荷的自组织充电是毛细管对带电粒子束具有聚焦和导向效应的重要原因。
关键词：毛细管；带电离子束；电荷的自组织充电；聚焦1引言微米尺寸的带电粒子束在生命科学、材料科学等学科涉及的微细加工、改性、改性的微观机理研究以及核反应分析等方面有着极其重要的应用。
2001年，日本原子物理实验室Y. Kanai和日本理化所的T. Azuma等人在研究高电荷态离子（HCI）与平靶面碰撞的机理时，发现使用平靶面进行实验时，很难观察到所产生的中空原子[1]的性质，原因在于中空原子的固有存在时间比原子在表面上方的形成距原子到达表面之间的时间间隔要稍短。
为了克服这个缺点，Y. Kanai等人采用内径尺寸为100nm的微毛细管作为靶材在真空中产生中空原子，实验中发现，HCI沿微毛细管轴向冲击毛细管时，部分离子形成的中空原子能够在撞击管壁之前穿过微毛细管，从而较为方便的对中空原子的产生和弛豫机理进行研究。
[2]该现象引起了世界各国学者的广泛关注，并掀起了对纳米毛细管和带电粒子的相互作用研究的热潮。
在一定距离处，若表面电子的势垒高度同离子某一轨道能级能量相近，入射离子将此表面电子共振俘获到其相应轨道能级上。
这个过程将持续进行直到离子完全被中和。
俘获的电子处于主量子数很大的高激发亚稳定轨道上，内部有大量空穴的存在，这就是所谓的“中空原子”长期以来，人们都在发展各种技术手段和方法来提高远距离传输带电粒子的效率。
高电荷态离子与平靶面碰撞时产生的中空原子在撞击毛细管前穿过毛细管的现象跟远距离带电粒子的传输带来了新的希望。
2纳米尺寸毛细管对带点粒子的导向效应二十世纪后期，人们已经对带电粒子和固体表面的相互作用现象及机理进行了较为深入的研究，并在其应用方面取得了重大进展。
北科大《固态转变》研究生课程考题历年整理及部分答案1.从自由能成分曲线，相界面，原子扩散方式，新相的成分和结构状态，驱动力，形核的方式，显微组织区分调幅分解和形核长大型相变。
2.什么是第一类相变，什么是第二类相变，并举例？⏹分类标志：热力学势及其导数的连续性。
自由能和内能都是热力学函数，它们的第一阶导数是压力（或体积）和熵（或温度）等，而第二阶导数是比热、膨胀率、压缩率和磁化率等。
第一类相变（一级相变）：凡是热力学势本身连续，而第一阶导数不连续的状态突变，称为第一类相变。
第一阶导数不连续，表示相变伴随着明显的体积变化和热量的吸放(潜热)。
普通的气液相变、液固相变、金属和合金的多数固态相变、在外磁场中的超导转变，属于第一类相变。
第二类相变（二级相变）：热力学势和它的第一阶导数连续变化，而第二阶导数不连续的情形，称为第二类相变。
这时没有体积变化和潜热，但膨胀率、压缩率和比热等物理量随温度的变化曲线上出现跃变或无穷的尖峰。
超流、没有外磁场的超导转变、气液临界点、磁相变、合金中部分有序-无序相变，属于第二类相变。
习惯上把第二类以上的高阶相变，通称为连续相变或临界现象。
玻色-爱因斯坦凝结现象是三级相变。
按相变方式分类：形核长大型相变、连续型相变……<材基P595>按原子迁移特征分类：扩散型相变、无扩散型相变相似问题：相变的分类有哪些，其分类标准是什么？3.下图哪个是第一类相变，哪个是第二类相变，并说明理由？⏹从热力学函数的性质看，第一类相变点不是奇异点（singularity），它只是对应两个相的函数的交点。
交点两侧每个相都可能存在，通常能量较低的的那个得以实现。
这是出现“过冷”或“过热”的亚稳态以及两相共存的原因。
第二类相变则对应热力学函数的奇异点，它的奇异性质目前并不完全清楚。
在相变点每侧只有一个相能够存在，因此不容许“过冷”和“过热”和两相共存。
4.根据经典形核公式计算再结晶临界形核尺寸（给定存储能和界面能）；若位错提供主要的储存能，（给定位错密度和单位位错的能量）导出临界形核尺寸和位错密度的关系；评论经典形核理论的可行性？⏹经典形核理论假设核心的界面能与大块晶体的界面能相等，但是小原子团的界面非常漫散，尤其是当脱溶转变的母相成分接近调幅分解成分时，没有明确的相界面。
I、油层物理学的方法进展A油层物理学在研究技术方法上有哪些进展，与常规方法相比的区别及优势1.ASPE-730自动空隙检测系统常用的恒压压汞仪只能得到喉道大小分布的参数, 孔隙则用铸体薄片图象分析系统，应用等效球模型研制的软件研究孔隙。
这样喉道的参数与孔隙的参数只能来自两块不同的岩样，这在一定程度上影响了研究的质量。
ASPE-730系统采用恒速法压汞，使用极低的压汞速度，当在较高压力下进入某一尺寸的喉道后，再进入该喉道所控制的孔隙时压力下降，最后可获得一条喉道子曲线和一条孔隙子曲线（两条子曲线的总和即为恒压法的压汞曲线）。
特点可在同一岩样上同时测得孔隙与喉道大小分布的数据。
2．岩石孔隙结构特征直观研究方法：铸体薄片法与扫描电镜法铸体薄片法很方便地直接观察到岩石薄片中的面孔率、孔隙、喉道及孔喉配位数等；扫描电镜能够清楚地观察到储层岩石的主要孔隙类型：粒间孔、微孔隙、喉道类型和测定出孔喉半径等参数。
3.利用CT扫描技术进行岩心分析CT扫描法又叫层析成像法，是发射X射线对岩心作旋转扫描，在每个位置可采集到一组一维的投影数据，再结合旋转运动，就可得到许多方向上的投影数据；综合这些投影数据，经过迭代运算就可以得到X射线衰减系数的断面分布图，这就是重建岩心断面CT图像的基础。
CT扫描法的最大优点是对岩心没有损伤，且测量速度快，但是其测量方法复杂，且费用较高。
岩心的CT扫描能够提供岩石孔隙结构、充填物分布、颗粒表面结构、构造及物性参数等。
应用：1）利用CT确定油层基本物理参数 2）岩石微观特征描述 3）岩心地质特征描述①描述裂缝分布和微裂缝②层理判断③孔洞连通性④岩心污染4）油水驱替动态特征描述①孔隙度及其分布特征②岩心在不同注入压力下的含水饱和度分布特征4.核磁共振技术进行岩心分析采用核磁共振技术，可以获得孔隙度(总孔隙度、有效孔隙度、粘土束缚水孔隙度等)、可动流体百分数、孔径分布以及渗透率等多种岩石物性参数，低磁场（共振频率2MHz和5MHz）核磁共振全直径岩心分析系统，开发了多种适合岩心分析的脉冲序列及多弛豫反演技术，实现了孔隙度、渗透率、自由流体孔隙度等岩石物性参数的快速无损检测。
第二章习题解答1.简要说明气相色谱分析的基本原理借在两相间分配原理而使混合物中各组分分离。
气相色谱就是根据组分与固定相与流动相的亲和力不同而实现分离。
组分在固定相与流动相之间不断进行溶解、挥发(气液色谱)，或吸附、解吸过程而相互分离，然后进入检测器进行检测。
2.气相色谱仪的基本设备包括哪几部分?各有什么作用?气路系统.进样系统、分离系统、酒控系统以及检测和记录系统.气相色谱仪具有一个让载气连续运行'管路密闭的气路系统.进样系统包括进样装置和气化室.其作用是将液体或固体试样，在进入色谱柱前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中.3.当下列参数改变时':(1)柱长缩短，(2)固定柑改变，(3)流动相流速增加，(4)相比减少，是否会引起分配系数的改变?为什么?答:固定相改变会引起分配系数的改变，因为分配系数只于组分的性质及固定相与流动相的性质有关.所以(1)柱长缩短不会引起分配系数改变(2) 固定相改变会引起分配系数改变(3) 流动相流速增加不会引起分配系数改变(4) 相比减少不会引起分配系数改变4.当下列参数改变时:(1)柱长增加，(2)固定相量增加，(3)流动相流速减小，(4)相比增大，是否会引起分配比的变化?为什么?答:k=KIh，而b=V M/V S ，分配比除了与组分，两相的性质，柱掘，柱压有关外，还与相比有关，而与流动相流速，柱长无关.故:(1)不变化，(2)增(3)不改变，(4)减小加，5.试以塔板高度H做指标，讨论气相色谱操作条件的选择.解:提示:主要从速率理论(v a n D ee m e requation)来解释，同时考虑流速的影响，选择最佳载气流速.P13-24 0(1)选择流动相最佳流速。
(2)当流速较小时，可以选择相对分子质量较大的载气〈如N2，A时，而当流速较大时，应H时，同时还应该考虑载气对该选择相对分子质量较小的载气(如H2，不同检测器的适应性。
(3)柱温不能高于固定液的最高使用温度，以免引跑固定液的挥发流失。
毛细管电泳原理毛细管电泳(capillary electrophoresis，CE)是20世纪80年代初发展起来的一种新型分离分析技术，乃经典电泳技术和现代微柱分离有机结合的产物，是继高效液相色谱(HPLC)之后，分析科学领域的又一次革命。
毛细管电泳泛指以高压电场为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的一类液相分离技术。
毛细管电泳仪的基本结构包括一个高压电源，一根毛细管，一个检测器及两个供毛细管两端插入而又可和电源相连的缓冲液贮瓶。
毛细管电泳仪的工作原理:毛细管电泳所用的石英毛细管柱，在pH>3情况下，其内表面带负电，和溶液接触时形成一双电层。
在高电压作用下，双电层中的水合阳离子引起流体整体朝负极方向移动的现象叫电渗。
粒子在毛细管内电解质中的迁移速度等于电泳和电渗流(EOF)两种速度的矢量和。
正离子的运动方向和电渗流一致，故最先流出;中性粒子的电泳速度为“零”，故其迁移速度相当于电渗流速度;负离子的运动方向与电渗流方向相反，但因电渗流速度一般都大于电泳流速度，故它将在中性粒子之后流出，从而因各种粒子迁移速度不同而实现分离。
理论基础:如果溶质纵向扩散是区带展宽的唯一因素，对于CE来说，可以通过增大分离高压和缩短毛细管来提高速度，同时兼顾分离效率。
在任何给定的时间内要获得最高的理论塔板数，分离电压与毛细管长度的比例应该最大，也就是说在只考虑溶质纵向扩散的前提下，采用尽可能高的分离电压和短的毛细管，可以实现高柱效和快速分离。
高电渗流同样可以提高分析速度和柱效。
焦耳热:但实际上，分离高压增大和毛细管长度缩短时，除了扩散外，还有诸多因素影响柱效，其中最严重的是温度效应，即毛细管的焦耳热问题，这是HSCE 中不可忽略的问题。
焦耳热随着分离高压增大和毛细管的缩短而增大。
焦耳热过大会造成峰扩展、变形。
减少焦耳热的方法:理论上，当G小于1W,m时，焦耳热造成的峰扩展可以忽略不计。
