基于CT(计算机断层扫描)(一种在医院广泛使用的成像技术)的方法可以帮助我们更好地了解CO2储存、电池和体内过程(例如营养吸收)。

流体如何在石头、土壤和骨头等材料中流动?孔隙可能又小又窄，流体可以快速移动，通常在几毫秒内发生小跳跃。以前无法制作此内容的3D慢动作视频。

研究人员现已开发出一种基于CT(计算机断层扫描)的方法，CT是一种在医院广泛使用的成像技术。这有助于提高我们对CO2储存、电池和体内过程(例如营养吸收)的了解。该研究发表在《美国国家科学院院刊》杂志上。

创建流体流动的3D薄膜

多孔材料中的流体在自然界和工业中无处不在。在地球科学和环境科学中，了解流体如何穿过岩石对于淡水供应和污染控制非常重要。在前北海油气藏中储存CO2是一项很有前途的技术，可以减少温室气体排放，但将CO2注入基岩时面临的一个挑战是必须置换已经存在的盐水。

多孔材料通常吸收液体。润湿流体均匀地分布在材料上，而非润湿流体在与周围环境接触最少的情况下形成液滴。排水涉及非润湿流体(通常是空气)置换润湿流体。

多孔石材中的排水非常复杂，流体在微观层面上流动并不均匀，而是断断续续地流动，类似于“潺潺”过程。在毛孔突然充满所谓的海恩斯跳跃之前，压力会增加。

这些跳跃会影响材料传输流体的能力。因此，这对于CO2储存和催化剂也很重要。计算机软件旨在模拟海恩斯跳跃，但需要通过测量进行校准。海恩斯跳跃尚未以足够好的分辨率进行3D成像，以便对其进行详细研究。这是因为它们发生在材料内部，距离非常短(纳米到毫米)，时间非常短(毫秒)。

KimRobertTekseth是挪威科技大学的博士生。他正在研究如何使用X射线显微镜来研究多孔材料中的流体。世界各地的科学家一直在竞相制作石头中液体的慢动作3D视频。之前的“世界纪录”约为每时间步一秒。一个研究小组打破了这一记录。他们现在的测量速度提高了约1,000倍。每步0.5毫秒，可以在3D中详细研究流体流动。

使用常规CT时，样品必须旋转180°才能创建每个3D图像。这限制了成像速率，意味着他们必须重新考虑整个过程。解决方案是使通过多孔材料的流动可重复。研究人员制作了一小块烧结玻璃样品。水和空气可以在玻璃内部反复来回流动，同时从不同角度拍摄数十万张X射线。该方法可以通过与田径运动中的跳高进行比较来说明。

想象一下，您要制作一部专业跳高比赛的3D电影。可以从不同角度同时使用多个摄像机(但这对于X射线来说很难做到)。关键是每次跳跃都以几乎相同的技术进行。这使您能够从不同角度录制一系列跳跃，然后将这些录制内容编译成一部3D电影。这也称为4D-CT(3D+时间)。与法国ESRFX射线设施(同步加速器)的合作发挥了至关重要的作用。

这使得他们能够测量到液体前沿在跳跃过程中的移动速度高达200毫米/秒，远高于平均流速。他们还发现，当一个孔隙在跳跃过程中突然被填满时，样品所有其他孔隙中的液位会同时受到影响。研究人员表示，这项研究是首次在3D环境中直接观察到这一现象。

研究人员表示，未来他们还将能够在其他快速3D过程中使用他们的方法。除了基础流体研究外，他们还将研究催化和电池。他们还使用人工智能更快更好地分析测量结果。

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