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自发渗吸分层含水率-低场核磁共振技术

什么是自发渗吸？

渗吸发生在多孔介质中，渗吸也叫自吸，即自发渗吸，是指在没有加压的情况下，水自动吸入岩心的过程。广义的渗吸包括加压渗吸和自发渗吸。加压渗吸就是所谓的水驱过程，也叫强迫渗吸。通常所说的渗吸，是指自吸，不包括加压渗吸。

渗吸分单边接触式渗吸、双边接触式渗吸和周围接触式渗吸。单边渗吸就是岩心与水单边接触，水在毛管压力的牵引下吸入岩心，并排出其中的油。这种渗吸也叫毛管压力渗吸。

自发渗吸分层含水率的变化：

自发渗吸过程中，不同位置层面含水率随时间发生变化。

自发渗吸往往是煤岩、水泥等岩心放在液体中（一般为水），因为岩心中有很多大小不同的孔隙，产生很多毛管压力，把水吸到孔隙中，而我们则关注水是如何进入被渗吸进去的。需要捕捉样品不同层面上水的信号量。

自发渗吸分层含水率-低场核磁共振技术原理

常规的T2弛豫图谱是整个样品的激励，不能看某一个层面，核磁共振成像可以进行选层，但是目前我们所用的成像序列都会有不同程度的信号损失：即弛豫较快的信号往往损失掉，同时核磁共振成像采集时间相对较长，对于这类过程类试验，我们想要获取当前某一个瞬态的信号，如果吸水速度较快那么对采样时间有严格要求，因此纽迈研发出分层含水序列，针对吸水较快的样品，一次检测仅需几秒，实现水分迁移再空间方向的动态研究。

如上图所示，将水泥样品一端插入盛有水溶液的烧杯中，采用纽迈分析分层含水序列，研究水分沿着样品空间轴的动态渗吸情况。右图横轴上从-0.5到0.5的方向对应样品低端（接触水）到顶端，纵坐标代表水分含量，水泥样品的吸水速度很快，3min时候在低端已经有0.05%的水分，40min之前水分主要集中在下半部分，之后水分才慢慢向上端渗吸，90min左右信号变化不明显，表明渗吸基本结束。

推荐：纽迈MesoMR系列低场核磁仪器

自发渗吸分层含水量-低场核磁共振技术

什么是自发渗吸？

渗吸发生在多孔介质中，渗吸也叫自吸，即自发渗吸，是指在没有加压的情况下，水自动吸入岩心的过程。广义的渗吸包括加压渗吸和自发渗吸。加压渗吸就是所谓的水驱过程，也叫强迫渗吸。通常所说的渗吸，是指自吸，不包括加压渗吸。

渗吸分单边接触式渗吸、双边接触式渗吸和周围接触式渗吸。单边渗吸就是岩心与水单边接触，水在毛管压力的牵引下吸入岩心，并排出其中的油。这种渗吸也叫毛管压力渗吸。

自发渗吸分层含水量的变化：

自发渗吸过程中，不同位置层面含水量随时间发生变化。

自发渗吸往往是煤岩、水泥等岩心放在液体中（一般为水），因为岩心中有很多大小不同的孔隙，产生很多毛管压力，把水吸到孔隙中，而我们则关注水是如何进入被渗吸进去的。需要捕捉样品不同层面上水的信号量。

自发渗吸分层含水量-低场核磁共振技术原理

常规的T2弛豫图谱是整个样品的激励，不能看某一个层面，核磁共振成像可以进行选层，但是目前我们所用的成像序列都会有不同程度的信号损失：即弛豫较快的信号往往损失掉，同时核磁共振成像采集时间相对较长，对于这类过程类试验，我们想要获取当前某一个瞬态的信号，如果吸水速度较快那么对采样时间有严格要求，因此纽迈研发出分层含水序列，针对吸水较快的样品，一次检测仅需几秒，实现水分迁移再空间方向的动态研究。

如上图所示，将水泥样品一端插入盛有水溶液的烧杯中，采用纽迈分析分层含水序列，研究水分沿着样品空间轴的动态渗吸情况。右图横轴上从-0.5到0.5的方向对应样品低端（接触水）到顶端，纵坐标代表水分含量，水泥样品的吸水速度很快，3min时候在低端已经有0.05%的水分，40min之前水分主要集中在下半部分，之后水分才慢慢向上端渗吸，90min左右信号变化不明显，表明渗吸基本结束。

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木材吸着水研究（低场核磁共振技术）

木材中水分存在哪些状态？

按水分与木材的结合形式与位置，可分为三类：自由水、吸着水和结合水。木材中主要水分是自由水和吸着水，化合水的含量非常少。日常使用中，吸着水对木材的性能起着至关重要的作用。

木材自由水：

木材中的毛细管系统有两大类，即大细管系统和微毛细管系统。木材中的水分就存在于这些毛细管系统之中。

由细胞腔组成的大毛细管系统，对水分的束缚力很小以至无束缚力，水分能够从大毛细管系统的断面自由地蒸发出去。因此，把存在于大毛细管系统内的水分，叫做自由水。自由水的增减，只能影响木材的重量、保存和燃烧能力，而不影响木材的性质。

木材吸着水：

由互相通连的细胞壁构成的微毛细管系统，对水分有程度不同的束缚力，若要使微毛细管系统内的水分向空中蒸发，必须把空气的湿度降低到一定的程度；或者在加热条件下加速水分的运动，才能克服微毛细管的束缚力，向空气中蒸发。同时，微毛细管系统不但在一定的条件下向空气中蒸发水分，而且也能够吸收空气中的水分。因此，把存在于微毛细管系统内的水分，叫做吸着水。吸着水的增减变化，不仅使木材发生膨胀和收缩，而且也影响到木材的其它物理力学性质。

木材的纤维饱和点：

木材细胞壁含水率(吸着水)在饱和状态，而细胞腔无自由水时的含水率，称纤维饱和点。通常以30%为木材纤维饱和点，但不同木材略有差异。

纤维饱和点是木材特性变化的转折点。在纤维饱和点以下时，木材细胞壁木纤维就像压缩饼干一样吸水，木材发生膨胀，含水率增加同时木材强度降低;当达到纤维饱和点时，木材的细胞和细胞间隙就像水库一样蓄水，木材体积和性能基本不发生变化;反过来，在纤维饱和点以上时，木材失水木材体积与性能基本不变，在纤维饱和点以下时，木材失去水分木材收缩，木材强度增加。

通俗点说来，木材干燥的过程中，将木材的纤维饱和点控制在30%的临界点，木材的硬度会得以保证。当木材含水率没有得到有效的控制，将对木材的使用产生不良的影响。

低场核磁共振技术研究木材吸着水原理

固态冰与液态水的核磁共振T2弛豫时间相差很大,冰的T2弛豫时间仅约6us,木材内吸着水的T2弛豫时间一般为毫秒级,很容易区分。核磁共振分析仪是以质子为探针,能够准确表达多孔介质内水分含量。通过选择适当的温度使木材细胞腔内自由水产生冻结,此时吸着仍然处于液态,从而可以准确获得细胞壁内吸着水的信号总量。

红外光谱与低场核磁共振技术简介

红外光谱技术简介

红外光谱是分子能选择性吸收某些波长的红外线，而引起分子中振动能级和转动能级的跃迁，检测红外线被吸收的情况可得到物质的红外吸收光谱，又称分子振动光谱或振转光谱。

在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。所以，用红外光照射有机物分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将处于不同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。

当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。所以，红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就得到红外光谱图。红外光谱图通常用波长(λ)或波数(σ)为横坐标，表示吸收峰的位置，用透光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标，表示吸收强度。

低场核磁共振技术简介

低场核磁共振主要是指磁场强度比较低的核磁共振仪器。低场核磁共振技术应用领域非常广泛，而且还处在不断拓展之中，低场核磁共振技术主要基于四个方面进行样品分析与检测：（1）基于信号幅值的分析检测；（2）基于图像(信号二维分布)的分析检测；（3）基于弛豫时间的分析检测；（4）基于扩散系数的分析检测。

低场核磁共振技术在食品农业、地质勘探、石油化工、生物医药、材料科学等诸多方面体现出越来越广泛的应用，成为一种重要的分析测试工具。

低场核磁共振技术原理

低场核磁共振技术主要检测为H质子，也可以用于F信号测试。含H样品经过特定频率的射频激励后，产生核磁共振信号。H核磁共振信号对应有T1、T2两个主要参数，通过测试T1、T2弛豫时间并进行建模，可用于食品、农业、石油勘探、聚合物、固体脂肪含量…多方面研究。已有多种方法形成国际标准和行业标准方法。

低场核磁共振由于其设备成本较低，研究使用门槛相对较低，应用领域非常广泛，且处于不断拓展之中。由于核磁共振分析技术具有速度快、精确度高、一次测量可获得多个参数、对样品无损耗、样品制备简单、对操作人员的健康和环境无影响等诸多优点，因此许多原来采用其他传统检测方法的应用目前都在探索采用核磁共振技术进行。

电缆老化研究-低场核磁共振技术

电缆在电力系统中使用越来越广泛，但是随着运行时间的增长容易老化，威胁电力系统的安全运行。低场核磁共振分析技术可方便快捷地评价电缆的老化过程。

电缆老化的原因有哪些？

外力损伤

电缆敷设安装时不规范施工，容易造成机械损伤；在直埋电缆上搞土建施工也极易将运行中的电缆损伤等。

长期过负荷运行

超负荷运行，由于电流的热效应，负载电流通过电缆时必然导致导体发热，同时电荷的集肤效应以及钢铠的涡流损耗、绝缘介质损耗也会产乍附加热量，从而使电缆温度升高。长期超负荷运行时，过高的温度会加速绝缘的老化，以至绝缘被击穿。

化学腐蚀

电缆直接埋在有酸碱作用的地区，往往会造成电缆的铠装、铅皮或外护层被腐蚀，保护层因长期遭受化学腐蚀或电解腐蚀，致使保护层失效，绝缘降低，也会导致电缆故障。

电缆老化研究低场核磁共振技术原理

电缆在电场及其他物理化学因素的作用下，分子化学键容易断裂并重新组合生成新的化学结构。电缆老化过程表现出化学键断裂与交联的过程，化学键断裂的越多，重新组合交联的密度越大，复合绝缘子就会出现表面分化和整体脆化的不良特性。非交联段具有一定的分子运动特性，衰减相对较慢；而交联段所受束缚程度大，分子运动特性小，衰减较快。通过弛豫信息的采集，可快速评价电缆老化过程。

电缆老化研究-低场核磁共振技术

电缆在电力系统中使用越来越广泛，但是随着运行时间的增长容易老化，威胁电力系统的安全运行。低场核磁共振分析技术可方便快捷地评价电缆的老化过程。

电缆老化的原因有哪些？

外力损伤

电缆敷设安装时不规范施工，容易造成机械损伤；在直埋电缆上搞土建施工也极易将运行中的电缆损伤等。

长期过负荷运行

超负荷运行，由于电流的热效应，负载电流通过电缆时必然导致导体发热，同时电荷的集肤效应以及钢铠的涡流损耗、绝缘介质损耗也会产乍附加热量，从而使电缆温度升高。长期超负荷运行时，过高的温度会加速绝缘的老化，以至绝缘被击穿。

化学腐蚀

电缆直接埋在有酸碱作用的地区，往往会造成电缆的铠装、铅皮或外护层被腐蚀，保护层因长期遭受化学腐蚀或电解腐蚀，致使保护层失效，绝缘降低，也会导致电缆故障。

电缆老化研究低场核磁共振技术原理

电缆在电场及其他物理化学因素的作用下，分子化学键容易断裂并重新组合生成新的化学结构。电缆老化过程表现出化学键断裂与交联的过程，化学键断裂的越多，重新组合交联的密度越大，复合绝缘子就会出现表面分化和整体脆化的不良特性。非交联段具有一定的分子运动特性，衰减相对较慢；而交联段所受束缚程度大，分子运动特性小，衰减较快。通过弛豫信息的采集，可快速评价电缆老化过程。

树脂老化研究-低场核磁共振技术

不饱和聚酯树脂固化后，在长期使用中会发生老化现象，颜色变黄、发脆以致龟裂，表面失去光泽，强度下降，其他物理性能与化学性能也随之下降。影响树脂老化的因素很多，而且是交叉作用，机理较为复杂，与制品的使用条件(如温度、受力情况等)直接相关。

树脂老化的因素有哪些？

紫外线的作用:

不饱和聚酯树脂固化后，在长期曝晒下会老化。光老化的原因来自两方面；一方面，光的能量使树脂的共价键发生断裂；另一方面树脂本身的不纯性，造成了受破坏的突破口。结果使树脂加速降解。

空气中氧和臭氧的作用:

氧和臭氧可使树脂发生氧化降解、变色、表面龟裂以致剥落，电性能下降。在热与光的联合作用下老化加速。在室温及避光时，老化进展缓慢。聚酯中加入的Cu、Co、Zn等化合物可能呈离子型杂质态，能加速氧化降解。在加速老化时具有自由基连锁反应性质，破坏性较大。

水解降解作用:

树脂交联固化以后，酯键―COOR及―CH2―O―等键在酸和碱的催化下，或在热水中，会被水解，使分子链断裂，性能下降。在聚酯制品中大多加有玻璃纤维增强材料以及各种填料，水分容易渗入到以上材料与树脂的界面，使水解作用加剧。

树脂老化研究低场核磁共振技术原理

老化会使环氧树脂分子链运动变弱，整个老化过程表现出化学键断裂与交联的过程。非交联段具有一定的分子运动特性，衰减相对较慢；而交联段所受束缚程度大，分子运动特性小，衰减较快。通过弛豫信息的采集，可快速评价树脂老化过程。

自愈合混凝土研究（低场核磁共振技术)

混凝土是世界上使用蕞广泛的建筑材料。但它很容易出现裂缝，这意味着，结构物需要增加钢筋加以强化。强化过程中必然会出现部分“微裂缝”，这并不会直接导致强度损失。混凝土结构规范规定蕞大裂缝宽度小于等于0.3mm。但随着时间的推移，水与侵蚀性化学物一起进入这些裂缝并腐蚀混凝土。

什么是自愈合混凝土？

自愈合混凝土是指可自行修补裂缝的实验性混凝土，它包含有可生产石灰石的休眠的细菌孢子和细菌生长所需要的养分，通过作用于结构的腐蚀性雨水渗入加以激活，以期对混凝土开裂部分进行局部填充。这种新材料有可能会提高混凝土的使用寿命，并有效降低混凝土结构的维护成本。

自愈合混凝土的工作原理

研究人员将混凝土愈合所需的细菌孢子和营养物质作为颗粒添加到混凝土配合料中，这些能在强碱性混凝土环境中生存数十年的芽孢杆菌，利用乳酸钙作为这些细菌的营养来源。但水又成了微生物生长需要所缺少的成分，因此，孢子处于休眠状态。但当有水接触这一胶囊时，胶囊将会融化，细菌将开始生长，并以乳酸钙作为营养来源生成混凝土的主要成分石灰石。随后，裂缝将会“愈合”。自愈合混凝土中的杆菌细菌可以在石灰石中生存,且能不断地产生孢子当水渗入其中的时候,杆菌细菌就会自动生产出石灰石,从而修复好裂缝,一般历时3周就可以完成修复。现在还有一种含有机钙化合物的产品也被开始添加进自愈合混凝土之中,以此来增快自愈合混凝土的自愈速度。

低场核磁共振技术用于混凝土研究

低场核磁共振很早就被用来分析水泥的反应的过程,通过测试混合水泥浆液在不同反应时间下的弛豫时间谱,以水分布的变化反推水泥的反应过程。借助低场核磁共振技术,可研究新型水泥的水化反应过程。

低场核磁共振技术可在非破坏条件下连续监测水泥基材料孔结构的发展。在水泥基材料的孔隙中,通常填充有水分。在一定的射频能的激发下,处在磁场中的水分子会发生共振现象,进而表现出弛豫行为,其弛豫时间的长短与水分子所在的孔隙尺寸有着定量的关系,因此能够间接地得到孔结构的信息。

受限流体的弛豫主要受制于表面弛豫的影响。对于特定介质而言,t2与多孔介质的比表面积相关,在孔隙率相同时,孔径越小,比表面积越大,表面相互作用的影响越强烈,t2就越短。对多孔介质流体弛豫的研究提供了孔结构方面的信息。

混凝土自愈合研究（低场核磁共振技术)

混凝土是世界上使用蕞广泛的建筑材料。但它很容易出现裂缝，这意味着，结构物需要增加钢筋加以强化。强化过程中必然会出现部分“微裂缝”，这并不会直接导致强度损失。混凝土结构规范规定蕞大裂缝宽度小于等于0.3mm。但随着时间的推移，水与侵蚀性化学物一起进入这些裂缝并腐蚀混凝土。

什么是混凝土自愈合？

混凝土自愈合是指可自行修补裂缝的实验性混凝土，它包含有可生产石灰石的休眠的细菌孢子和细菌生长所需要的养分，通过作用于结构的腐蚀性雨水渗入加以激活，以期对混凝土开裂部分进行局部填充。这种新材料有可能会提高混凝土的使用寿命，并有效降低混凝土结构的维护成本。

混凝土自愈合的工作原理

研究人员将混凝土愈合所需的细菌孢子和营养物质作为颗粒添加到混凝土配合料中，这些能在强碱性混凝土环境中生存数十年的芽孢杆菌，利用乳酸钙作为这些细菌的营养来源。但水又成了微生物生长需要所缺少的成分，因此，孢子处于休眠状态。但当有水接触这一胶囊时，胶囊将会融化，细菌将开始生长，并以乳酸钙作为营养来源生成混凝土的主要成分石灰石。随后，裂缝将会“愈合”。混凝土自愈合中的杆菌细菌可以在石灰石中生存,且能不断地产生孢子当水渗入其中的时候,杆菌细菌就会自动生产出石灰石,从而修复好裂缝,一般历时3周就可以完成修复。现在还有一种含有机钙化合物的产品也被开始添加进混凝土自愈合之中,以此来增快混凝土自愈合的自愈速度。

低场核磁共振技术用于混凝土研究

低场核磁共振很早就被用来分析水泥的反应的过程,通过测试混合水泥浆液在不同反应时间下的弛豫时间谱,以水分布的变化反推水泥的反应过程。借助低场核磁共振技术,可研究新型水泥的水化反应过程。

低场核磁共振技术可在非破坏条件下连续监测水泥基材料孔结构的发展。在水泥基材料的孔隙中,通常填充有水分。在一定的射频能的激发下,处在磁场中的水分子会发生共振现象,进而表现出弛豫行为,其弛豫时间的长短与水分子所在的孔隙尺寸有着定量的关系,因此能够间接地得到孔结构的信息。

受限流体的弛豫主要受制于表面弛豫的影响。对于特定介质而言,t2与多孔介质的比表面积相关,在孔隙率相同时,孔径越小,比表面积越大,表面相互作用的影响越强烈,t2就越短。对多孔介质流体弛豫的研究提供了孔结构方面的信息。

低场核磁共振技术用于运动活化能研究

什么是活化能？

活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。对基元反应，活化能即基元反应的活化能。对复杂的非基元反应，反应活化能是总包反应的的表观活化能，即各基元反应活化能的代数和。

低场核磁在多孔材料活化能方面的应用

低场核磁共振弛豫时间被证明是饱和液体的多孔材料中吸附质-吸附剂相互作用的独特探针。纵向和横向弛豫时间之比（T1/T2）与吸附质-吸附剂相互作用能（活化能）有关，可以引入一个基于弛豫时间之比的定量度量（ES）来表征这种表面相互作用的强度（活化能）。

多孔介质中液体的表面相互作用非常重要，特别是在多相催化领域，理解表面相互作用的能力对于高效合理的催化剂设计至关重要。探测液体饱和多孔介质中的液体-表面相互作用尤其具有挑战性。现有方法都有局限性，并且没有一个能够在实际反应条件下无损地探测催化剂表面分子的行为。

使用低场核磁共振弛豫测量的优点

相比高场核磁，弛豫测量对吸附相互作用的表征不依赖于NMR线型和“峰位”(与多孔介质中的液体或化学位移相关的实际峰位，可能受吸附质-吸附剂相互作用以外的因素影响)。

自旋晶格与自旋-自旋弛豫时间之比（T1/T2）可直接与脱附活化能有关，脱附活化能表征了吸附剂表面上蕞强的吸附位点，可以由程序升温脱附（TPD）方法确定。

低场核磁共振技术用于运动活化能研究的基本原理：

核磁共振弛豫技术已成为研究饱和多孔介质中液体表面相互作用的一种非侵入性、化学敏感的分析技术。由于分子运动性的变化，当液体分子吸附在固体表面时，检测到的T1和T2弛豫时间都会缩短；在自由液体中，T1约等于T2。T1和T2都受到被吸附分子(表面水分子)旋转相关时间变化的影响。然而，T2进一步受到与表面扩散相关的平移相关时间的影响。因此，当分子吸附在表面上时，其平移和旋转动力学的变化对T2的影响大于T1，导致T1>T2。

T1/T2值表明了同一催化剂中不同液体表面相互作用的相对强度。T1/T2比率可以用作表面亲和力的定性描述，并可以进一步反映出活化能。

低场核磁共振技术用于光固化树脂固化反应研究

什么是光固化树脂？

光固化树脂由树脂单体及预聚体组成,含有活性官能团，能在紫外光照射下由光敏剂引发聚合反应，生成不溶的涂膜，双酚A型环氧丙烯酸酯具有固化速度快、涂膜耐化学溶剂性能好，硬度高等特点。聚氨酯丙烯酸酯具有柔韧性好、耐磨等特点。光固化复合树脂是口腔科常用的充填、修复材料，由于它的色泽美观，具有一定的的抗压强度，因此在临床应用中起着重要的作用，我们用于前牙各类缺损及窝洞修复取得满意的效果。

光固化树脂的优点

(1)固化速度快，生产效率高；

(2)能量利用率高，节约能源；

(3)有机挥发分(VOC)少，对环境友好；

(4)可涂装各种基材，如纸张、塑料、皮革、金属、玻璃、陶瓷等；

因此，光固化涂料是一种快干、节能的环境友好型涂料。

低场核磁共振技术用于光固化树脂固化反应研究

纽迈PQ001低场核磁共振分析仪

低场核磁共振技术主要是通过弛豫特性来研究聚合物分子的运动性。T2由自旋系统内部交换能量引起,反映了样品内部聚合物上氢质子所处的化学环境,与氢质子所受的束缚力及其自由度有关,而氢质子的束缚程度又与样品的内部结构密不可分。氢质子受束缚越大或自由度越小,T2越短。固化反应过程中,氢质子的T2会逐渐缩短,固化完荃后氢质子受到完荃的束缚,T2会缩短为定值,不再变化,T2与样品固化反应程度之间具有明显的对应关系。因此,可借助T2的变化在线观察样品在不同温度下的固化反应全过程,判断固化反应程度。

石墨烯表面疏水性能研究-低场核磁共振技术

什么叫亲水性和疏水性？

亲水性：指带有极性基团的分子，对水有较大的亲和能力，可以吸引水分子，或易溶解于水。这类分子形成的固体材料的表面，易被水所润湿。具有这种特性都是物质的亲水性。

疏水性：分子偏向于非极性，并因此较会溶解在中性和非极性溶液（如有机溶剂）。疏水性分子在水里通常会聚成一团，而水在疏水性溶液的表面时则会形成一个很大的接触角而成水滴状。

材料表面润湿过程的实质是物质界面发生性质和能量的变化。当水分子之间的内聚力小于水分子与固体材料分子间的相互吸引力时，材料被水润湿，此种材料为亲水性的，称为亲水性材料；而水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子间的吸引力时，则材料表面不能被水所润湿，此种材料是疏水性的（或称憎水性），称为疏水性材料。

石墨烯材料独牛寺的结构、大的比表面积，使得它拥有优异的力学、热学、电学和磁学性能，在各个领域的应用价值逐渐突显，逐渐成为很多领域研究的焦点。比表面积是其一个重要的性质，是衡量石墨烯材料性能的一项非常重要的参量，低场核磁共振技术是一种先进的测试悬浮液颗粒表面特性的方法，低场核磁共振法测试时间短，不需要繁琐的样品处理过程，无需引入外部试剂。在监测悬浮液状态下颗粒与溶剂之间的表面化学、亲和性、润湿性等方面具有独牛寺的优势。

低场核磁共振技术用于石墨烯表面疏水性能研究基本原理

材料的亲水性与疏水性与颗粒的团聚与分散存在直接的关联，低场核磁共振技术可研究颗粒材料在水中的分散规律及分散行为与颗粒的润湿性的关系，通过颗粒间的相互作用了解分散作用机制。

对于润湿的颗粒体系，颗粒表面会附着一层液相分子，这些液相分子因无机相表面的吸附作用而运动受限。但未与颗粒相接触的液相分子运动是自由的，液相分子的驰豫时间（relaxation time）与它所处的运动状态密切相关，自由状态的液相分子的核磁驰豫时间要比束缚状态的液相分子的驰豫时间长得多，颗粒分散性更好的体系吸附溶剂量相对更多，弛豫时间也就更短。因此，可以利用低场核磁共振技术来测量悬浮液体系的驰豫时间，并计算颗粒的湿润比表面积（可利用的吸附表面积），进而用来研究颗粒的团聚状态、分散性稳定性、亲和性以及润湿性等问题。

二氧化硅表面疏水性研究-低场核磁共振技术

什么叫亲水性和疏水性

亲水性：指带有极性基团的分子，对水有较大的亲和能力，可以吸引水分子，或易溶解于水。这类分子形成的固体材料的表面，易被水所润湿。具有这种特性都是物质的亲水性。

疏水性：分子偏向于非极性，并因此较会溶解在中性和非极性溶液（如有机溶剂）。疏水性分子在水里通常会聚成一团，而水在疏水性溶液的表面时则会形成一个很大的接触角而成水滴状。

材料表面润湿过程的实质是物质界面发生性质和能量的变化。当水分子之间的内聚力小于水分子与固体材料分子间的相互吸引力时，材料被水润湿，此种材料为亲水性的，称为亲水性材料；而水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子间的吸引力时，则材料表面不能被水所润湿，此种材料是疏水性的（或称憎水性），称为疏水性材料。

二氧化硅可以作为润滑剂，是一种优良 的流动促进剂，主要作为润滑剂、抗黏剂、助流剂。特别适宜油类、浸膏类药物的制粒，制成的颗粒具有很好的流动性和可压性。还可以在直接压片中用作助流剂。作为崩解剂可大大改善颗粒流动性，提高松密度，使制得的片剂硬度增加，缩短崩解时限，提高药物溶出速度。颗粒剂制造中可作内干燥剂，以增强药物的稳定性。还可以作助滤剂、澄清剂、消泡剂以及液体制剂的助悬剂、增稠剂。

低场核磁共振技术用于二氧化硅表面疏水性研究研究基本原理

材料的亲水性与疏水性与颗粒的团聚与分散存在直接的关联，低场核磁共振技术可研究颗粒材料在水中的分散规律及分散行为与颗粒的润湿性的关系，通过颗粒间的相互作用了解分散作用机制。

对于润湿的颗粒体系，颗粒表面会附着一层液相分子，这些液相分子因无机相表面的吸附作用而运动受限。但未与颗粒相接触的液相分子运动是自由的，液相分子的驰豫时间（relaxation time）与它所处的运动状态密切相关，自由状态的液相分子的核磁驰豫时间要比束缚状态的液相分子的驰豫时间长得多，颗粒分散性更好的体系吸附溶剂量相对更多，弛豫时间也就更短。因此，可以利用低场核磁共振技术来测量悬浮液体系的驰豫时间，并计算颗粒的湿润比表面积（可利用的吸附表面积），进而用来研究颗粒的团聚状态、分散性稳定性、亲和性以及润湿性等问题。

低场核磁共振技术用于温度升高时活化能研究

什么是活化能？

活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。对基元反应，活化能即基元反应的活化能。对复杂的非基元反应，反应活化能是总包反应的的表观活化能，即各基元反应活化能的代数和。

低场核磁在多孔材料活化能方面的应用

低场核磁共振弛豫时间被证明是饱和液体的多孔材料中吸附质-吸附剂相互作用的独特探针。纵向和横向弛豫时间之比（T1/T2）与吸附质-吸附剂相互作用能（活化能）有关，可以引入一个基于弛豫时间之比的定量度量（ES）来表征这种表面相互作用的强度（活化能）。

多孔介质中液体的表面相互作用非常重要，特别是在多相催化领域，理解表面相互作用的能力对于高效合理的催化剂设计至关重要。探测液体饱和多孔介质中的液体-表面相互作用尤其具有挑战性。现有方法都有局限性，并且没有一个能够在实际反应条件下无损地探测催化剂表面分子的行为。

使用低场核磁共振弛豫测量的优点

相比高场核磁，弛豫测量对吸附相互作用的表征不依赖于NMR线型和“峰位”(与多孔介质中的液体或化学位移相关的实际峰位，可能受吸附质-吸附剂相互作用以外的因素影响)。

自旋晶格与自旋-自旋弛豫时间之比（T1/T2）可直接与脱附活化能有关，脱附活化能表征了吸附剂表面上蕞强的吸附位点，可以由程序升温脱附（TPD）方法确定。

低场核磁共振技术用于温度升高时活化能研究基本原理：

温度升高时活化能会发生变化。核磁共振弛豫技术已成为研究饱和多孔介质中液体表面相互作用的一种非侵入性、化学敏感的分析技术。由于分子运动性的变化，当液体分子吸附在固体表面时，检测到的T1和T2弛豫时间都会缩短；在自由液体中，T1约等于T2。T1和T2都受到被吸附分子(表面水分子)旋转相关时间变化的影响。然而，T2进一步受到与表面扩散相关的平移相关时间的影响。因此，当分子吸附在表面上时，其平移和旋转动力学的变化对T2的影响大于T1，导致T1>T2。

T1/T2值表明了同一催化剂中不同液体表面相互作用的相对强度。T1/T2比率可以用作表面亲和力的定性描述，并可以进一步反映出温度升高时活化能的变化。