美国能源情报署(Energy Information Administration)表示，超过30个州的页岩层都是地下天然气。但行业专家无法确切知道内部燃料的数量。这是因为天然气和其他碳氢化合物位于页岩中纳米尺度，难以测量的孔隙中，这些孔隙具有尚未被了解的特性。
“如果你想估算页岩气的储存容量，你需要了解储存它们的材料，”特拉华大学化学工程附属副教授，国家标准与技术研究所的物理学家刘云说。 (NIST)中子研究中心。
现在，利用中子散射，刘和来自UD，NIST和Aramco服务公司的一组研究人员开发了一种新的非侵入性方法来测量多孔材料内部深层表面性质的变化。
该方法可以帮助天然气专家更好地了解页岩样品，方法是检测页岩内多孔表面的成分分布，直接影响碳氢化合物的储存和运输。这最终将帮助他们决定是否投入时间和资源从样品来源的地层中提取天然气。
调查毛孔
重要的不仅仅是毛孔的大小，而是表面结构和表面化学，因为天然气与岩石中每个微孔的外缘相互作用。气孔的特性也决定了气体如何从地层中流出。
为了解这些孔隙，研究小组开始研究分离的页岩干酪根样品，这是一种有机物质，可储存大部分碳氢化合物，如页岩中的天然气。为了观察干酪根，它们使用小角度中子散射，通过物质射出一束亚原子中子，并收集中子行为的信息，以确定孔隙的性质。与电子显微镜不同，中子散射是非破坏性的，这是用于研究多孔材料的另一种常用方法。
接下来，该小组用不同压力下的气体吸附测量了中子散射信号的变化。中子强度的变化反映了样品内表面的成分分布。
这种新方法可以揭示其他方法没有的新信息，例如表面异质性。简而言之，它提供的信息可以帮助研究人员更好地了解他们正在使用的内容。当添加到从站点收集的其他信息时，它可以帮助决策。
“石油领域中使用的大多数其他技术都提供了样本参数的'平均'值，”研究作者蒋卫山说，他是UD的化学和生物分子工程博士后研究员，他在NIST中子研究中心现场工作在阿美公司服务公司。“我们的方法提供了材料属性的'平均'和'偏差'(分布宽度)。”
刘说，这种方法也适用于许多其他材料，如水泥，甚至生物材料，如血液。该团队期待将他们的方法应用于新系统。
