【摘要】 原子力显微镜(AFM)作为一种新型的纳米尺度观测仪器，近年来在许多领域得到了广泛的应用，许多学者将其应用于煤中。

长期以来，煤层气给煤矿安全生产带来了各种问题。此外，天然气和煤层气(CBM)的开采也备受关注。煤层气的赋存和运移与煤的微观表面性质密切相关。为了进一步探讨煤层气的赋存和运移特征，运用各种高精度仪器是必要的。

 

原子力显微镜(AFM)作为一种新型的纳米尺度观测仪器，近年来在许多领域得到了广泛的应用，许多学者将其应用于煤中。利用原子力显微镜对煤的纳米结构和形态结构进行了广泛的研究，结果表明煤的纳米结构和形态都受到变质程度的影响。

 

此外，Yao等[1]利用原子力显微镜研究了煤的孔隙微观结构，发现截面分析可以有效地表征煤的孔隙微观结构。AFM也可用于研究材料的表面力学性能。Ma等[2]利用原位原子力显微镜(AFM)测量了深海土壤颗粒与四种金属之间的粘附分布，并研究了影响粘附的因素。Smolyakov等[3]利用PeakForce定量纳米力学映射(QNM) AFM模式，在纳米尺度上探索了几丁质-二氧化硅杂化膜的力学性能。

 

此外，用原子力显微镜测量各种材料的弹性模量也被广泛报道。Tian X H的研究采用原子力显微镜(AFM)对5种变质煤的微表面形貌、黏附力和弹性模量进行了测量[4]。结果表明:煤的微形貌在40 nm左右波动，最大值为66.5 nm，表面粗糙度随变质程度的增加而减小;煤微表面弹性模量变化范围为95.40 ~ 9626.41 MPa，黏附力变化范围为15.08 ~ 436.22 nN，随变质作用的增加，两者均呈“M”型变化趋势。此外，附着力与微地形波动之间存在高度相关。在大多数情况下，附着力在凹凸区较大，在凹凸区较小。

 

研究结果可为揭示煤层气的赋存和运移规律，保证煤层气的高效安全开采提供新方法。

 

1.Suping Y , Kun J , Ke Z ,et al.An atomic force microscopy study of coal nanopore structure[J].科学通报：英文版, 2011, 56(25):7.

2.B. Ma, C.L. Qi, Q. Liu, Y.H. Ding, and W. Zhu, Adhesion force measurements between deep-sea soil particles and metals by in situ AFM, Appl. Clay Sci, 2017, 148: 118.

3.Smolyakov G , Pruvost S , Cardoso L ,et al.AFM PeakForce QNM mode: Evidencing nanometre-scale mechanical properties of chitin-silica hybrid nanocomposites[J].Carbohydrate Polymers, 2016:373-380.

4.Tian X H , Song D Z , He X Q ,et al.Surface microtopography and micromechanics of various rank coals[J].矿物冶金与材料学报:英文版, 2019(11).

 

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