多孔材料润湿性原位测量的“黑科技”！

搁浅

多孔材料润湿性原位测量的“黑科技”！（DOI: 10.1016/j.cis.2024.103122）

🔍 背景：为什么润湿性这么难测？
在CCUS（二氧化碳封存）、氢能储存、燃料电池、电解槽等前沿领域，多孔材料的润湿性直接决定了“气-液-固”三相界面的行为：

• 地下岩芯里，CO₂能否被牢牢锁住，取决于它“愿不愿意”贴岩石；
  
• 燃料电池里，水能否及时排出，决定了氢气能否顺畅到达反应位点。
  
  

但现实中，岩石表面坑洼、化学组分复杂，润湿性在微米尺度上“翻脸比翻书快”。传统“离线”测量只能给出厘米尺度的平均值，而三维微CT虽然能看清孔隙，却苦于没有一把靠谱的“尺子”去量每个点的接触角。

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🧪 这篇ScienceDirect顶刊做了什么？
由新南威尔士大学Ying Da Wang领衔的团队，在《胶体与界面科学进展》发表了迄今最系统的“原位接触角”方法学综述+开源工具包。他们对比了：
1️⃣ 几何法：直接在三维网格上量角，精度高但对网格质量“玻璃心”。
2️⃣ 拓扑法：用高斯-欧拉关系算“宏观接触角”，抗噪强却容易在中等润湿性翻车。
3️⃣ 扩展拓扑法：作者新提出的“升级补丁”，把固体表面朝向也写进方程，偏差直降50%。

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📊 实测结果：谁才是“卷王”？

• 在理想球面上：几何 & 扩展拓扑几乎零误差；原始拓扑在45°/135°时最大偏差≈20°。
  
• 在真实CT图像里：
  – 均匀润湿体系（如亲水砂岩）：扩展拓扑≈几何，误差<10°。
  – 混合润湿体系（燃料电池扩散层）：几何法依旧最稳，能把局部亲水/疏水“斑图”还原出来；拓扑法因“一个团簇一个数”而空间分辨率吃亏，但胜在算法简单。
  
  

一句话总结：

• 想要“全局平均”——选扩展拓扑；
  
• 想要“像素级地图”——几何法更香。
  
  

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🛠️ 开源福利：代码已上车！
作者把全部代码+测试数据打包放在GitHub：
👉 github.com/yingDaWang-UNSW/inSituContactAngles
支持Python，一键复现论文所有案例。科研狗可直接拉下来魔改，工程师也能嵌入自家图像处理流程，告别“手量接触角”的996。

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🚀 应用展望：从地下到太空都能用！

• 油气圈：精准预测CO₂封存泄漏风险，一次扫描，三维润湿图到手；
  
• 氢能圈：量化地下储氢库“氢-水-岩”三相行为，设计最优注采方案；
  
• 燃料电池：用AI+微CT实时监测扩散层“水淹”或“干烧”，提升寿命30%+；
  
• 过滤/催化：设计梯度润湿膜，让液体“指哪打哪”。
  
  

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💬 小编说
润湿性的“最后1微米”终于有了一把“纳米级标尺”。无论你是地球科学家、氢能工程师，还是燃料电池设计师，这套“原位接触角”工具箱都值得收藏。