CN108996468A - 微米级玻璃刻蚀模型的封装方法及设备 - Google Patents

微米级玻璃刻蚀模型的封装方法及设备 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种微米级玻璃刻蚀模型的封装方法及设备，封装方法包括：应用预设旋转涂胶方式在封装玻璃片上形成胶层，且该胶层最厚处的厚度值小于微米级玻璃刻蚀模型中孔道最窄处的宽度值；以及，将所述微米级玻璃刻蚀模型覆盖在所述胶层上，使得所述微米级玻璃刻蚀模型的孔道所在面与所述封装玻璃片粘合。本发明能够实现对微米级玻璃刻蚀模型的封装，封装过程便捷、可靠且效率高。

Description

微米级玻璃刻蚀模型的封装方法及设备
技术领域
本发明涉及油田开发技术领域，具体涉及一种微米级玻璃刻蚀模型的封装方法及设备。
背景技术
在油藏物理模拟实验中，玻璃刻蚀模型是被普遍采用的一种研究模型。通常是在玻璃片表面刻蚀规则或者仿真的通道及孔隙，并对片状的玻璃刻蚀模型进行封装处理，并在封装后观察流体在其中的流动现象。其在渗流机理、流体作用机理和流固耦合作用等方面都有不可替代的优点。而为了实现对真实孔隙的模拟与刻蚀的孔道在尺度上的接近，需要采用激光溅射刻蚀方法在石英玻璃片表面刻蚀出微米级玻璃刻蚀模型，其中微米级玻璃刻蚀模型的孔道宽度可达微米级，可达2微米左右，在规则孔道中，利用几何相似即可对特定形状，长宽比进行模拟。
现有技术中，对玻璃刻蚀模型的封装方法有三，第一种为利用烧结方法，将带有刻蚀孔道的玻璃与覆盖玻璃通过加热使两块玻璃恰到好处地粘接在一起，这种方法的控制要求很高，烧结成功率通常低于50％。高温导致的孔道熔化堵塞现象明显，孔道可控宽度很难低于500微米；第二种是液体胶粘接方法，这是目前广为采用的方法，在光滑的玻璃板上均匀涂一层液体胶，将刻蚀有孔道的玻璃板覆盖其上粘接而成。这种方法简便且成功率高，但是受液体胶涂层厚度的限制，孔道可控宽度很难低于50微米。第三种为利用重力作用的自然吸附方法。通常是在玻璃表面滴少量液体胶，倾斜玻璃板使胶在重力作用下缓慢流动，当胶覆盖全部玻璃板后，倾斜并使多余液体胶流出玻璃板外。这是利用重力缓慢涂布、粘滞力和界面张力共同作用，使液体胶吸附的自然涂胶方法。显然吸附量直接反映了涂层的厚度，但重力控制下的吸附量在整个平板上是不均匀的，通常是上方薄、下方厚。在薄的地方，界面张力作用容易出现收缩的圆形脱胶现象。受该因素影响，这种封装方式的厚度不低于20微米。
然而，现有技术中的封装方式的均无法满足微米级玻璃刻蚀模型的封装需求，无法与微米级玻璃刻蚀模型相匹配，进而严重制约了玻璃刻蚀模型的在尺度上的进展。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种微米级玻璃刻蚀模型的封装方法及设备，能够实现对微米级玻璃刻蚀模型的封装，封装过程便捷、可靠且效率高。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种微米级玻璃刻蚀模型的封装方法，所述封装方法包括：
应用预设旋转涂胶方式在封装玻璃片上形成胶层，且该胶层最厚处的厚度值小于微米级玻璃刻蚀模型中孔道最窄处的宽度值；
以及，将所述微米级玻璃刻蚀模型覆盖在所述胶层上，使得所述微米级玻璃刻蚀模型的孔道所在面与所述封装玻璃片粘合。
一实施例中，所述应用预设旋转涂胶方式在封装玻璃片上形成胶层，包括：
在真空环境下，在封装玻璃片上表面的中心处滴设液体胶，形成体积等于预设体积值的液滴；
以及，控制所述封装玻璃片以预设旋转方式旋转，使得所述液滴在该封装玻璃片上形成所述胶层。
一实施例中，所述控制所述封装玻璃片以预设旋转方式旋转，包括：
控制所述封装玻璃片的转速在预设周期内由0提高至预设转速；
以及，控制所述封装玻璃片以所述预设转速匀速旋转，且在匀速旋转时长达到预设时长后，控制所述封装玻璃片停止旋转。
一实施例中，在所述控制所述封装玻璃片的转速在预设周期内由0提高至预设转速之前，所述封装方法还包括：
根据静摩擦系数和预设旋转半径，确定所述预设转速。
一实施例中，所述根据静摩擦系数和预设旋转半径，确定所述预设转速，包括：
根据所述液体胶的粘度确定静摩擦系数；
基于封装玻璃片上表面的表面积确定预设旋转半径；
确定旋转时的封装玻璃片与胶层之间的接触角，并根据该接触角确定所述封装玻璃片与胶层之间的界面张合力；
以及，根据所述静摩擦系数、预设旋转半径和界面张合力确定所述预设转速。
一实施例中，在所述控制所述封装玻璃片以预设旋转方式旋转之后，所述封装方法还包括：
检测所述胶层最厚处的厚度值是否小于或等于预设厚度值；
其中，所述预设厚度值小于微米级玻璃刻蚀模型中孔道最窄处的宽度值；
若是，则判定该胶层为用于封装所述微米级玻璃刻蚀模型的胶层。
一实施例中，在所述应用预设旋转涂胶方式在封装玻璃片上形成胶层之前，所述封装方法还包括：
对所述封装玻璃片依次进行清洗、烘干及密封处理，再置于封装容器中；
将所述封装玻璃片在所述封装容器中进行固定，并对固定后的所述封装玻璃片进行水平度调整，并静置第一预设时长；
对所述封装容器进行抽真空处理，使得所述封装容器内的压力值小于0。
一实施例中，所述液体胶为紫外线光刻胶；
在所述将所述微米级玻璃刻蚀模型覆盖在所述胶层上，使得所述微米级玻璃刻蚀模型的孔道所在面与所述封装玻璃片粘合之后，所述封装方法还包括：
自所述微米级玻璃刻蚀模型上方对封装后的所述微米级玻璃刻蚀模型进行紫外光照射，且照射时长等于第二预设时长。
第二方面，本发明提供一种微米级玻璃刻蚀模型的封装设备，所述封装设备用于实现所述的微米级玻璃刻蚀模型的封装方法，所述封装设备包括：封装容器，以及，固定设置在所述封装容器内的旋转平台；
所述旋转平台用于固定所述封装玻璃片，使得所述旋转平台旋转时，固定在该旋转平台上的所述封装玻璃片以相同转速旋转；
所述微米级玻璃刻蚀模型放置在所述封装容器内。
一实施例中，所述封装容器为真空操作箱，且所述真空操作箱连接有用于将所述真空操作箱内部进行抽真空处理的真空泵。
一实施例中，所述封装设备还包括超声波清洗机、烘干机和密封装置；
所述超声波清洗机用于应用清洗剂对所述封装玻璃片依次进行清洗；
所述烘干机用于对经清洗后的所述封装玻璃片进行烘干处理；
所述密封装置用于将烘干处理后的所述封装玻璃片进行密封处理。
一实施例中，所述超声波清洗机、烘干机设置在所述密封容器内。
一实施例中，所述封装设备还包括：设置在所述封装容器内的紫外光灯；
所述紫外光灯用于自所述微米级玻璃刻蚀模型上方对封装后的所述微米级玻璃刻蚀模型进行紫外光照射。
一实施例中，所述封装容器的外壁上设有操作孔，使得通过该操作孔控制所述旋转平台预设旋转涂胶方式旋转，在封装玻璃片上形成胶层。
一实施例中，所述操作孔的数量为2个以上。
由上述技术方案可知，本发明提供一种微米级玻璃刻蚀模型的封装方法，通过应用预设旋转涂胶方式在封装玻璃片上形成胶层，且该胶层最厚处的厚度值小于微米级玻璃刻蚀模型中孔道最窄处的宽度值；以及，将所述微米级玻璃刻蚀模型覆盖在所述胶层上，使得所述微米级玻璃刻蚀模型的孔道所在面与所述封装玻璃片粘合，能够实现对微米级玻璃刻蚀模型的封装，封装过程可靠且效率高，能够有效提高微米级玻璃刻蚀模型封装的成功率，在保持液体胶封装便捷性的基础上，降低涂层厚度，液体胶薄膜可降低至1μm以下，使封装尺度降低至微米级别，可封装孔道宽度为2微米的微米级玻璃刻蚀模型，进而能够保证后续应用该封装后的所述微米级玻璃刻蚀模型进行的油藏物理模拟实验的准确性和可靠性，使研究领域进入实际的低渗渗透率(最大直径10μm)孔道领域，使机理研究结果更具说服力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一中的所述微米级玻璃刻蚀模型的封装方法的流程示意图；
图2为本发明的封装方法中的封装玻璃片上胶层的侧视图；
图3为本发明的封装方法中的封装玻璃片上胶层的俯视图；
图4为本发明的所述微米级玻璃刻蚀模型的封装方法中步骤100的流程示意图；
图5为本发明的封装方法中步骤102的流程示意图；
图6为本发明的封装方法中预设转速随时间变化示意图；
图7为本发明的包含有步骤A00的封装方法的流程示意图；
图8为本发明的封装方法中步骤A00的流程示意图；
图9为本发明的封装方法中用于计算预设转速的参数关系示意图；
图10A为本发明的封装方法应用实例中的少量液体胶在封装玻璃板中心的示意图；
图10B为本发明的封装方法应用实例中的旋转时液滴边界微单元受力分析示意图；
图10C为本发明的封装方法应用实例中的平稳旋转时的液滴向外扩展的示意图；
图10D为本发明的封装方法应用实例中的旋转铺展后的液滴形状及主截面的示意图；
图11为本发明的包含有步骤001至003的封装方法的流程示意图；
图12为本发明的封装方法中步骤300的流程示意图；
图13为本发明实施例二中的所述微米级玻璃刻蚀模型的封装设备的结构示意图；
图14A为本发明封装设备应用实例中的微米级玻璃模型封装前的电镜图像示意图；
图14B为本发明封装设备应用实例中的微米级玻璃模型封装前的电镜图像的局部放大示意图；
图15为本发明封装设备应用实例中的封装后的微米级玻璃模型的效果示意图；
图16为本发明封装设备应用实例中的流体在封装后模型渗流后的分布状态图像示意图；
其中，1-胶层；2-封装玻璃片；3-微米级玻璃刻蚀模型；4-旋转平台；5-真空操作箱；6-操作孔；7-超声波清洗机；8-烘干机；9-清洗剂；10-紫外光灯；11-真空泵。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例一提供一种微米级玻璃刻蚀模型的封装方法的具体实施方式，参见图1，所述微米级玻璃刻蚀模型的封装方法具体包括如下内容：
步骤100：应用预设旋转涂胶方式在封装玻璃片上形成胶层，且该胶层最厚处的厚度值小于微米级玻璃刻蚀模型中孔道最窄处的宽度值。
在本实施例中，所述微米级玻璃刻蚀模型为一种采用激光溅射刻蚀方法将一定几何形状的孔道光刻到石英玻璃片平面上刻蚀出规则或者仿真的通道及孔隙，微米级玻璃刻蚀模型的孔道宽度小于50μm，一般为2μm左右。制备后的微米级玻璃刻蚀模型需要应用本实施例所述的封装方法进行封装，而后应用于驱替微观实验等油藏物理模拟实验中。
在步骤100中，所述预设旋转涂胶方式为根据预设旋转方式进行旋转涂胶，在封装玻璃片上形成胶层，并使得胶层最厚处的厚度值小于微米级玻璃刻蚀模型中孔道最窄处的宽度值。在一种举例中，所述微米级玻璃刻蚀模型中孔道最窄处的宽度值若为2μm，则应用旋转涂胶的方式能够使得所述胶层最厚处的厚度值小于2μm，更可实现所述胶层最厚处的厚度值小于1μm。可以理解的是，所述胶层最厚处一般为胶层的中心处，所述胶层最薄处一般为胶层的边缘。
另外，所述封装玻璃片可以区分有上表面和下表面，所述胶层显然形成在所述封装玻璃片的上表面，且可以通过控制所述封装玻璃片的下表面来控制该封装玻璃片进行旋转，以形成胶层。
可以理解的是，本实施例中所述的胶层1由液体胶的胶滴旋转而成，且参见图2和图3，该胶层1是完整的一整块胶，且由于应用了旋转涂胶的方式，该胶层1形成曲线形的形状，以圆形形状为最佳。另外，最终用于封装的胶层1中不存在空隙或气泡。
同时，为了保证封装的可靠性，应在胶层1形成后，检查胶层1的胶层1最厚处的厚度值与胶层1最薄处的厚度值之间的差值是否小于预设设定的预设差值，例如，所述预设差值为0.01μm，若小于，则可以认定当前胶层1为均匀布置，若否，则需要重新换取封装玻璃片2，并在其上重新形成符合上述要求的胶层1。
步骤200：将所述微米级玻璃刻蚀模型覆盖在所述胶层上，使得所述微米级玻璃刻蚀模型的孔道所在面与所述封装玻璃片粘合。
在步骤200中，在胶层形成后，可以将所述微米级玻璃刻蚀模型覆盖在所述胶层上，使得所述微米级玻璃刻蚀模型的孔道所在面与所述封装玻璃片粘合。在一种具体举例中，可以将所述微米级玻璃刻蚀模型以倾斜的方式缓慢地覆盖在涂设有胶层的所述封装玻璃片上，在将较重的所述微米级玻璃刻蚀模型压在所述封装玻璃片上方，使两者之间紧密接触。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的微米级玻璃刻蚀模型的封装方法，能够实现对微米级玻璃刻蚀模型的封装，封装过程可靠且效率高，能够有效提高微米级玻璃刻蚀模型封装的成功率，在保持液体胶封装便捷性的基础上，降低涂层厚度，液体胶薄膜可降低至1μm以下，使封装尺度降低至微米级别，可封装孔道宽度为2微米的微米级玻璃刻蚀模型，使研究领域进入实际的低渗渗透率(最大直径10μm)孔道领域，使机理研究结果更具说服力。
在一种具体实施方式中，本发明还提供所述微米级玻璃刻蚀模型的封装方法中步骤100的具体实施方式，参见图4，所述步骤100具体包括如下内容：
步骤101：在真空环境下，在封装玻璃片上表面的中心处滴设液体胶，形成体积等于预设体积值的液滴。
在步骤101中，为了能够以预设旋转方式对所述封装玻璃片的旋转进行准确地控制，本实施例在真空环境下进行液体胶滴设及控制所述封装玻璃片旋转。
可以理解的是，为了保证胶层的厚度符合封装要求，可以需要预先设定液滴(也即胶层)的体积量，具体可以包含有如下内容：
首先，根据所述微米级玻璃刻蚀模型的孔道所在面确定需要进行覆盖的面积范围；
根据确定的需要进行覆盖的面积范围进一步确定胶层的预设面积，其中，若所述胶层的表面为圆形，则进一步确定该圆形的半径或直径；以及，根据所述微米级玻璃刻蚀模型的孔道中的道宽确定胶层的预设厚度范围；
以及，根据胶层的预设面积和预设厚度范围，计算得到胶层(也即液滴)的体积量，该体积量即为所述预设体积。
步骤102：控制所述封装玻璃片以预设旋转方式旋转，使得所述液滴在该封装玻璃片上形成所述胶层。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的微米级玻璃刻蚀模型的封装方法，通过真空环境的设置，能够对所述封装玻璃片的旋转进行准确地控制，并通过在封装玻璃片上表面的中心处滴设体积等于预设体积值的液滴，通过在封装初始控制液体胶的体积量，能够有效提高后续胶层形成的准确性，进而提高后续封装的可靠性。
在一种具体实施方式中，本发明还提供所述微米级玻璃刻蚀模型的封装方法中步骤102的具体实施方式，参见图5和图6，所述步骤102具体包括如下内容：
步骤102a：控制所述封装玻璃片的转速在预设周期内由0提高至预设转速。
步骤102b：控制所述封装玻璃片以所述预设转速匀速旋转，且在匀速旋转时长达到预设时长后，控制所述封装玻璃片停止旋转。
可以理解的是，所述预设周期一般可以设置为10s至100s，优选为30s；所述预设时长可以设置为5s至40s，可以为10s。另外，在具体操作中，预设时长优选为一个范围，在该范围内，若观察到所述胶层的形成以达到预设效果，则可以控制所述封装玻璃片停止旋转，若在该范围内到达10s时，所述胶层尚未形成，则继续控制所述封装玻璃片以所述预设转速匀速旋转，直到观察到所述胶层的形成以达到预设效果后，控制所述封装玻璃片停止旋转。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的微米级玻璃刻蚀模型的封装方法，通过先将所述封装玻璃片的旋转速度由0提高至预设转速，再以所述预设转速匀速旋转，能够有效提高形成的胶层的完整度。
在一种具体实施方式中，本发明还提供所述微米级玻璃刻蚀模型的封装方法中步骤102a之前执行的步骤A00的具体实施方式，参见图7，所述步骤A00具体包括如下内容：
步骤A00：根据静摩擦系数和预设旋转半径根据静摩擦系数和预设旋转半径，确定所述预设转速。
可以理解的是，所述步骤A00可以在步骤102b之前的任何时间点执行，且参见图8和图9，所述步骤A00还具体包括如下内容：
步骤A01：根据所述液体胶的粘度确定静摩擦系数；
步骤A02：基于封装玻璃片上表面的表面积确定预设旋转半径；
步骤A03：确定旋转时的封装玻璃片与胶层之间的接触角，并根据该接触角确定所述封装玻璃片与胶层之间的界面张合力；
步骤A04：根据所述静摩擦系数、预设旋转半径和界面张合力确定所述预设转速。
在一种具体举例中，首先根据所述液体胶的粘度确定静摩擦系数c，而后基于封装玻璃片上表面的表面积确定预设旋转半径r，根据封装玻璃片上表面的材质确定旋转时的封装玻璃片与胶层之间的接触角θ，并根据该接触角确定所述封装玻璃片与胶层之间的界面张合力σt，最后根据离心力、液体粘滞力和界面张合力之间的综合作用关系，基于所述静摩擦系数c、质量m、预设旋转半径r和界面张合力σt确定所述预设转速，且该预设转速具体体现为旋转角速度ω，具体如公式一所示：
在公式一中，Fω为离心力，Fμ为粘滞力；Ft为合力，其中，在离心力Fω方向向外，粘滞力Fμ方向向内，而界面张力合力σt方向与旋转时接触角θ的变化有关。当合力Ft方向与Fω方向一致时，即旋转速度较快，液滴向外铺展，厚度变薄。且胶层的厚度呈中间高，边缘薄的形状。
在一种具有应用实例中，所述步骤100具体包括如下内容：
所述步骤100采用旋转离心力作为动力而进行均匀涂胶的，包括：
(1)将少量液体胶滴在平板玻璃片中心，以一定转速ω水平旋转玻璃片，在离心力、液体粘滞力和界面张力综合作用下，形成均匀厚度h的胶层。之后将具有刻蚀图形的玻璃板覆盖在其上，并粘接在一起。旋转涂胶法原理参见图10A至图10D，其中，图10A为少量液体胶在封装玻璃板中心的示意图，呈现为一个液滴的铺展。静态条件下，界面张力平衡，呈现固定的润湿角，最高厚度为h1。图10B为旋转时液滴边界微单元受力分析，即：离心力Fω、粘滞力Fμ和界面张力合力σt。图10C为平稳旋转时的液滴向外扩展的示意图，也出现边缘脱离甩出的现象。图10D为旋转铺展后的液滴形状及主截面的示意图，液膜变薄。
由图10A可知，液滴边界三项界面张力的合力σt，见式(1)。
σt＝σ12-(σ31+σ23cosθ) (1)
封装玻璃板旋转时，参见图10B，离心力Fω、粘滞力Fμ和界面张力合力σt作用，见式(2)。
Ft＝Fω+Fμ+σt (2)
Fω＝mω2/r (3)
Fμ＝c·mg (4)
在式(3)中，m为液滴质量单元；ω为旋转角速度；r为旋转半径。
在式(4)中，c为与液体粘度相关的静摩擦系数。
离心力Fω方向向外，粘滞力Fμ方向向内，而界面张力合力σt方向与旋转时接触角θ的变化有关。当合力Ft方向与Fω方向一致时，即旋转速度较快，液滴向外铺展，厚度变薄。参见图10C，厚度呈中间高，边缘薄的形状。
旋转停止后，参见图10D，薄液滴在重力及界面张力的调节下缓慢变平，形成贴于玻璃表面的薄膜。
显然，依据液体胶的粘度，合理控制旋转速度是形成均匀薄膜的关键。
从上述描述可知，本发明的应用实例提供的微米级玻璃刻蚀模型的封装方法，能够在保持液体胶封装便捷性的基础上，降低涂层厚度，使封装尺度降低至微米级别；且给出了旋转涂胶封装微米级玻璃刻蚀模型的流程及控制参数。
在一种具体实施方式中，本发明的所述微米级玻璃刻蚀模型的封装方法中步骤100中，还具体包括如下内容：
检测所述胶层最厚处的厚度值是否小于或等于预设厚度值；
其中，所述预设厚度值小于微米级玻璃刻蚀模型中孔道最窄处的宽度值；
若是，则判定该胶层为用于封装所述微米级玻璃刻蚀模型的胶层。
即通过对胶层最厚处的厚度值进行检测，能够进一步保证后续封装的成功率和封装效率。
在一种具体实施方式中，本发明还提供所述微米级玻璃刻蚀模型的封装方法中步骤100之前执行的步骤001至003的具体实施方式，参见图11，所述步骤001至003具体包括如下内容：
步骤001：对所述封装玻璃片依次进行清洗、烘干及密封处理，再置于封装容器中。
步骤002：将所述封装玻璃片在所述封装容器中进行固定，并对固定后的所述封装玻璃片进行水平度调整，并静置第一预设时长。
步骤003：对所述封装容器进行抽真空处理，使得所述封装容器内的压力值小于0。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的微米级玻璃刻蚀模型的封装方法，能够有效提高后续封装的成功率和封装效率。
在一种具体实施方式中，本发明还提供所述微米级玻璃刻蚀模型的封装方法中的所述液体胶为紫外线光刻胶，且步骤200之后还执行有步骤300，参见图12，所述步骤300具体包括如下内容：
步骤300：自所述微米级玻璃刻蚀模型上方对封装后的所述微米级玻璃刻蚀模型进行紫外光照射，且照射时长等于第二预设时长。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的微米级玻璃刻蚀模型的封装方法，通过对所述微米级玻璃刻蚀模型进行紫外光照射，能有效提高封装后的所述微米级玻璃刻蚀模型的应用可靠性，进而能够保证后续应用该封装后的所述微米级玻璃刻蚀模型进行的油藏物理模拟实验的准确性和可靠性。
本发明的实施例二提供一种用于实现所述微米级玻璃刻蚀模型的封装方法全部内容的的所述微米级玻璃刻蚀模型的封装设备的具体实施方式，参见图13，所述微米级玻璃刻蚀模型的封装设备具体包括如下内容：
封装容器，以及，固定设置在所述封装容器内的旋转平台4；所述旋转平台4用于固定所述封装玻璃片2，使得所述旋转平台4旋转时，固定在该旋转平台4上的所述封装玻璃片2以相同转速旋转；所述微米级玻璃刻蚀模型3放置在所述封装容器内。其中，所述封装容器为真空操作箱5，且所述真空操作箱5连接有用于将所述真空操作箱5内部进行抽真空处理的真空泵11。所述封装设备还包括超声波清洗机7、烘干机8和密封装置；所述超声波清洗机7用于应用清洗剂9对所述封装玻璃片2依次进行清洗；所述烘干机8用于对经清洗后的所述封装玻璃片2进行烘干处理；所述密封装置用于将烘干处理后的所述封装玻璃片2进行密封处理。所述超声波清洗机7、烘干机8设置在所述密封容器内。
另外，所述封装设备还包括：设置在所述封装容器内的紫外光灯10；所述紫外光灯10用于自所述微米级玻璃刻蚀模型3上方对封装后的所述微米级玻璃刻蚀模型3进行紫外光照射。
所述封装容器的外壁上设有操作孔6，使得通过该操作孔6控制所述旋转平台4预设旋转涂胶方式旋转，在封装玻璃片2上形成胶层1，且所述操作孔6的数量为2个以上。可以理解的是，所述操作孔6设有开合式的盖板，或者设有弹性橡胶面，使得操作人员即能够对所述真空操作箱5内的部件进行操作，又不会影响真空操作箱5内部的真空环境。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的微米级玻璃刻蚀模型的封装设备，能够实现对微米级玻璃刻蚀模型的封装，封装过程可靠且效率高，能够有效提高微米级玻璃刻蚀模型封装的成功率，在保持液体胶封装便捷性的基础上，降低涂层厚度，液体胶薄膜可降低至1μm以下，使封装尺度降低至微米级别，可封装孔道宽度为2微米的微米级玻璃刻蚀模型，进而能够保证后续应用该封装后的所述微米级玻璃刻蚀模型进行的油藏物理模拟实验的准确性和可靠性，使研究领域进入实际的低渗渗透率(最大直径10μm)孔道领域，使机理研究结果更具说服力。
为进一步的说明本方案，本发明还提供一种应用所述微米级玻璃刻蚀模型的封装设备实现所述微米级玻璃刻蚀模型的封装方法的应用实例，其中，所述旋转平台4具体为一种可调速度旋转平台，具体包括如下内容：
(1)仪器结构
核心装置为可调速度旋转平台，辅助装置为真空操作箱5、紫外线灯及清洗器皿等。
①可调速度旋转平台
具有校准调平功能的，旋转平台4，旋转速度范围在0～1500r/min，无极调速。旋转时平稳、振动越微弱越好。
②真空操作箱5
真空操作箱5的空间不小于60X60X60cm；内部需要容纳可调速度旋转平台、紫外线灯和清洗器皿。且操作箱有手控空间。真空泵11距离较远且产生的振动对操作箱而言可忽略。
③紫外线灯
不低于10w的紫外线灯即可。
④清洗器皿
清洗器皿包括小型的超声波清洗机7，小型的烘干机8；蒸馏水、酒精；烧杯等。
(2)参数设计
依据液体胶的粘度，控制旋转速度是形成均匀薄膜的关键。由式(3)可知，ω越大，离心力Fω越大。当Fω-Fμ>K(K为一特定值)，液滴内的微单元不能被聚集在一起，而以小液滴的形式独立分离出来，由式(3)知，半径越大，离心力Fω越大，即最外缘的液体最容易分离出去。如果差值较K值差距过大，则内部液体微单元也发生不连续，即整体薄膜内部出现脱胶的点状形态。
涂胶时，采用先抽真空的办法，不仅降低了气体界面张力的干扰也为后续的两个封装玻璃片2封装带来优势。液体胶的粘度与控制旋转速度的经验值之间的对应关系参见表1。
表1
当液体胶粘度低于10mPa.s时，其流动性强，摩擦阻力很小。如果转速低，则液滴不会向外铺展；速度高时，旋转过程的微小振动很容易造成液滴的旋转中心偏离，使液滴整体或以分散小液滴的形式甩出封装玻璃片2。类似的，当液体胶粘度过大，其摩擦阻力不足以平衡其本身界面张力形成的凝聚力，当旋转时速度低，不动；速度高又会被整体甩出。
(3)工作过程
液体胶采用紫外线光刻胶(也称UV胶，遇紫外光凝固)。
①预清洗工作
首先对真空操作箱5及手控操作手套进行清洗，多次用高压氮气吹扫，并由真空泵11降压吸走。之后对所有需进入真空操作箱5的物品(可调速度旋转平台4、紫外线灯及清洗器皿等)，进行高洁净度的清洗。特别的微米级的刻蚀玻璃模型片，清洗后由密封袋封装后，放入真空操作箱5内。真空操作箱5应置于无振动干扰，洁净的室内环境中。
②可调速度旋转平台4的准备
准备同种规格的封装玻璃片2不少于4片，3片用于涂胶，1片用于与旋转平台4粘接。对3片待涂胶的封装玻璃片2仔细清洗后，封装进入真空箱内。经超声波清洗机7先后用酒精和蒸馏水清洗后，用烘干机8在真空箱内吹干。
之后选择一片，一侧少量涂抹玻璃胶后与旋转平台4上的封装玻璃片2粘接，调整封装玻璃片2的水平度。静置24小时。
③真空箱操作箱抽真空
在真空度达到-0.1MPa时，在旋转台封装玻璃片2上滴少量液体胶，注意液体必须为整体，且成圆形为最佳。若成不规则形状，可多滴入胶量以达到标准。
④控制旋转过程
开启旋转平台4，缓慢提高转速，在30s内，完成由启动到设计最大转速的操作，持续最大转速10s后停止旋转。目测薄膜效果，观察薄膜边界内面积能否覆盖刻蚀模型玻璃片，且薄膜是否完整。通常该薄膜厚度可控制在不大于1μm的水准。如薄膜不理想，则需要重复清洗及③和④的操作步骤。因采用激光溅射方法刻蚀的孔道最小宽度为2μm，因而，该薄膜覆盖后不会将孔道封堵。
⑤封装玻璃模型
涂胶合格后，将刻蚀玻璃片以倾斜的方式缓慢覆盖在涂胶封装玻璃片2上，在将较重的玻璃块压在刻蚀玻璃片上方，使两者之间紧密接触。之后，用紫外光灯10从上方照射1min。则玻璃模型封装完毕
⑥模型的检查
在关闭真空泵11后，恢复操作箱压力，取出封装好的玻璃模型。放置在400倍以上的光学显微镜下观察封装效果，对孔道连通情况进行评价分析，未粘接或堵塞的面积统计，模型整体是否满足研究要求等。
参见图14A和图14B，是微米级玻璃模型封装前的电镜图像，由于玻璃的透光性不适宜进行电镜观察，因而图像质量不好。从整体效果看，孔隙直径达到30μm以下，孔道直径约2μm。在油气田开发领域，这样的玻璃刻蚀模型未见报道。
因为孔隙和孔道过于细小，采用普通涂胶方式，孔道、孔隙基本被胶全部封堵，无法形成有效的连通通道；若胶料过少，又造成大面积的未粘接，孔道、孔隙失去意义。参见图15，是采用本发明的封装后的微米级玻璃模型的效果，在孔道及孔隙边缘，光线有色泽变化，这是胶在孔隙、孔道边缘对光线发生的折射引起的，这也说明胶封装效果是有效的。参见图16，是流体在封装后模型渗流后的分布状态图像，可见孔隙和孔道间的空白(方格)区域胶的粘接效果很好，没有流体进入。同时大部分孔道是连通的，能保证渗流通道的畅通。证实了本发明的应用效果。
从上述描述可知，本发明的应用实例提供的微米级玻璃刻蚀模型的封装设备，能够在保持液体胶封装便捷性的基础上，降低涂层厚度，液体胶薄膜可降低至1μm以下，使封装尺度降低至微米级别；本发明的应用实例提出旋转涂胶的微米级玻璃刻蚀模型的封装方法，可封装孔道宽度为2μm的刻蚀模型，使研究领域进入实际的低渗渗透率(最大直径10μm)孔道领域，使机理研究结果更具说服力；本发明的应用实例设计了旋转涂胶封装微米级玻璃刻蚀模型的流程及控制参数，摸索出了封装的具体控制参数，对模型制作的成功率提供支持。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实现方法的实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
虽然本说明书实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。

Claims (15)

1.一种微米级玻璃刻蚀模型的封装方法，其特征在于，所述封装方法包括：
应用预设旋转涂胶方式在封装玻璃片上形成胶层，且该胶层最厚处的厚度值小于微米级玻璃刻蚀模型中孔道最窄处的宽度值；
以及，将所述微米级玻璃刻蚀模型覆盖在所述胶层上，使得所述微米级玻璃刻蚀模型的孔道所在面与所述封装玻璃片粘合。
2.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述应用预设旋转涂胶方式在封装玻璃片上形成胶层，包括：
在真空环境下，在封装玻璃片上表面的中心处滴设液体胶，形成体积等于预设体积值的液滴；
以及，控制所述封装玻璃片以预设旋转方式旋转，使得所述液滴在该封装玻璃片上形成所述胶层。
3.根据权利要求2所述的封装方法，其特征在于，所述控制所述封装玻璃片以预设旋转方式旋转，包括：
控制所述封装玻璃片的转速在预设周期内由0提高至预设转速；
以及，控制所述封装玻璃片以所述预设转速匀速旋转，且在匀速旋转时长达到预设时长后，控制所述封装玻璃片停止旋转。
4.根据权利要求3所述的封装方法，其特征在于，在所述控制所述封装玻璃片的转速在预设周期内由0提高至预设转速之前，所述封装方法还包括：
根据静摩擦系数和预设旋转半径，确定所述预设转速。
5.根据权利要求4所述的封装方法，其特征在于，所述根据静摩擦系数和预设旋转半径，确定所述预设转速，包括：
根据所述液体胶的粘度确定静摩擦系数；
基于封装玻璃片上表面的表面积确定预设旋转半径；
确定旋转时的封装玻璃片与胶层之间的接触角，并根据该接触角确定所述封装玻璃片与胶层之间的界面张合力；
以及，根据所述静摩擦系数、预设旋转半径和界面张合力确定所述预设转速。
6.根据权利要求2所述的封装方法，其特征在于，在所述控制所述封装玻璃片以预设旋转方式旋转之后，所述封装方法还包括：
检测所述胶层最厚处的厚度值是否小于或等于预设厚度值；
其中，所述预设厚度值小于微米级玻璃刻蚀模型中孔道最窄处的宽度值；
若是，则判定该胶层为用于封装所述微米级玻璃刻蚀模型的胶层。
7.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，在所述应用预设旋转涂胶方式在封装玻璃片上形成胶层之前，所述封装方法还包括：
对所述封装玻璃片依次进行清洗、烘干及密封处理，再置于封装容器中；
将所述封装玻璃片在所述封装容器中进行固定，并对固定后的所述封装玻璃片进行水平度调整，并静置第一预设时长；
对所述封装容器进行抽真空处理，使得所述封装容器内的压力值小于0。
8.根据权利要求2所述的封装方法，其特征在于，所述液体胶为紫外线光刻胶；
在所述将所述微米级玻璃刻蚀模型覆盖在所述胶层上，使得所述微米级玻璃刻蚀模型的孔道所在面与所述封装玻璃片粘合之后，所述封装方法还包括：
自所述微米级玻璃刻蚀模型上方对封装后的所述微米级玻璃刻蚀模型进行紫外光照射，且照射时长等于第二预设时长。
9.一种微米级玻璃刻蚀模型的封装设备，其特征在于，所述封装设备用于实现权利要求1至8任一项所述的微米级玻璃刻蚀模型的封装方法，所述封装设备包括：封装容器，以及，固定设置在所述封装容器内的旋转平台；
所述旋转平台用于固定所述封装玻璃片，使得所述旋转平台旋转时，固定在该旋转平台上的所述封装玻璃片以相同转速旋转；
所述微米级玻璃刻蚀模型放置在所述封装容器内。
10.根据权利要求9所述的封装设备，其特征在于，所述封装容器为真空操作箱，且所述真空操作箱连接有用于将所述真空操作箱内部进行抽真空处理的真空泵。
11.根据权利要求9所述的封装设备，其特征在于，所述封装设备还包括超声波清洗机、烘干机和密封装置；
所述超声波清洗机用于应用清洗剂对所述封装玻璃片依次进行清洗；
所述烘干机用于对经清洗后的所述封装玻璃片进行烘干处理；
所述密封装置用于将烘干处理后的所述封装玻璃片进行密封处理。
12.根据权利要求11所述的封装设备，其特征在于，所述超声波清洗机、烘干机设置在所述密封容器内。
13.根据权利要求9所述的封装设备，其特征在于，所述封装设备还包括：设置在所述封装容器内的紫外光灯；
所述紫外光灯用于自所述微米级玻璃刻蚀模型上方对封装后的所述微米级玻璃刻蚀模型进行紫外光照射。
14.根据权利要求9所述的封装设备，其特征在于，所述封装容器的外壁上设有操作孔，使得通过该操作孔控制所述旋转平台预设旋转涂胶方式旋转，在封装玻璃片上形成胶层。
15.根据权利要求14所述的封装设备，其特征在于，所述操作孔的数量为2个以上。
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