维度网讯，美国落基山国家实验室（National Laboratory of the Rockies, NLR）的研究人员正在将核磁共振（RMN）技术拓展至电池、半导体、生物塑料和生物燃料等战略产业领域，用于检测材料在原子尺度上的细微缺陷。该技术已有八十余年历史，此前主要在化学分析中发挥常规作用。
实验室核磁共振设备负责人Bennett Addison表示，许多送检材料的研究人员并不确定制备出的产物是否与预期一致。在原子尺度上，微小杂质或结构缺陷可能被常规手段忽略，进而影响半导体、聚合物或合成纤维的性能。核磁共振技术可在不破坏样品的情况下获得固体、凝胶、聚合物、生物材料及电池组件的精细结构信息，这一能力尚未被广泛利用。
一个典型案例来自研究员Ross Kerner对卤化物混合半导体的分析。他采用一种灵敏度更高的核磁共振方法，检测了工业供应商制造的薄膜样品，结果在所有样品中均发现了此前未检出的杂质。这些数据精确量化了缺陷类型与含量，多家制造商据此调整了生产工艺。Kerner称，仅两天的实验就足以让不同企业提升材料品质。相关研究结果已发表于《自然》（Nature）、《ACS应用能源材料》（ACS Applied Energy Materials）和《InfoMat》等期刊。
在生物经济领域，NLR团队利用核磁共振构建了杨树（Populus）次生细胞壁的首个详细分子模型。杨树是生物燃料和生物材料生产的重要树种。借助固态核磁共振与碳-13同位素富集技术，研究人员获得了木材聚合物空间排列的定量信息，该模型可支持计算机模拟，用于优化将生物质转化为燃料、肥料、化学品和新材料的工艺。实验室还运用高通量核磁共振在短期内分析数千份植物样品，将种植园转化为大型数据库，用于识别不同树种间糖分和木质素含量的差异，以辅助能源作物的遗传筛选。
在可持续聚合物开发中，NLR采用了“魔角旋转”核磁共振方法，使样品在磁场内以54.7度角旋转，从而在不溶解样品的前提下获取半固态材料的高分辨率信息。借助这项技术，研究人员表征了一种可生物降解且可回收的弹性体，该材料在胶粘剂、机器人和电子设备领域具有应用前景。此外，团队使用锂-7核磁共振研究不同温度下固态电解质中的离子运动，以理解晶体结构无序度对离子扩散的影响，这一因素与下一代锂电池的导电性和效率直接相关。
目前约有120名研究人员定期使用实验室的核磁共振波谱仪，数十家企业也利用其服务优化产品与工业流程。Addison和Kerner认为，先进核磁共振方法的推广障碍主要不在技术层面，而在于研究人员对既有分析程序的依赖。精确理解原子层面的材料行为，可能决定一个普通产品与一项能够影响能源、先进材料及生物经济行业的技术创新之间的差距。
