樹脂老化研究-低場核磁共振技術

不飽和聚酯樹脂固化后，在長期使用中會發生老化現象，顏色變黃、發脆以致龜裂，表面失去光澤，強度下降，其他物理性能與化學性能也隨之下降。影響樹脂老化的因素很多，而且是交叉作用，機理較為復雜，與制品的使用條件(如溫度、受力情況等)直接相關。

樹脂老化的因素有哪些？

紫外線的作用:

不飽和聚酯樹脂固化后，在長期曝曬下會老化。光老化的原因來自兩方面；一方面，光的能量使樹脂的共價鍵發生斷裂；另一方面樹脂本身的不純性，造成了受破壞的突破口。結果使樹脂加速降解。

空氣中氧和臭氧的作用:

氧和臭氧可使樹脂發生氧化降解、變色、表面龜裂以致剝落，電性能下降。在熱與光的聯合作用下老化加速。在室溫及避光時，老化進展緩慢。聚酯中加入的Cu、Co、Zn等化合物可能呈離子型雜質態，能加速氧化降解。在加速老化時具有自由基連鎖反應性質，破壞性較大。

水解降解作用:

樹脂交聯固化以后，酯鍵―COOR及―CH2―O―等鍵在酸和堿的催化下，或在熱水中，會被水解，使分子鏈斷裂，性能下降。在聚酯制品中大多加有玻璃纖維增強材料以及各種填料，水分容易滲入到以上材料與樹脂的界面，使水解作用加劇。

樹脂老化研究低場核磁共振技術原理

老化會使環氧樹脂分子鏈運動變弱，整個老化過程表現出化學鍵斷裂與交聯的過程。非交聯段具有一定的分子運動特性，衰減相對較慢；而交聯段所受束縛程度大，分子運動特性小，衰減較快。通過弛豫信息的采集，可快速評價樹脂老化過程。

電纜老化研究-低場核磁共振技術

電纜在電力系統中使用越來越廣泛，但是隨著運行時間的增長容易老化，威脅電力系統的安全運行。低場核磁共振分析技術可方便快捷地評價電纜的老化過程。

電纜老化的原因有哪些？

外力損傷

電纜敷設安裝時不規范施工，容易造成機械損傷；在直埋電纜上搞土建施工也極易將運行中的電纜損傷等。

長期過負荷運行

超負荷運行，由于電流的熱效應，負載電流通過電纜時必然導致導體發熱，同時電荷的集膚效應以及鋼鎧的渦流損耗、絕緣介質損耗也會產乍附加熱量，從而使電纜溫度升高。長期超負荷運行時，過高的溫度會加速絕緣的老化，以至絕緣被擊穿。

化學腐蝕

電纜直接埋在有酸堿作用的地區，往往會造成電纜的鎧裝、鉛皮或外護層被腐蝕，保護層因長期遭受化學腐蝕或電解腐蝕，致使保護層失效，絕緣降低，也會導致電纜故障。

電纜老化研究低場核磁共振技術原理

電纜在電場及其他物理化學因素的作用下，分子化學鍵容易斷裂并重新組合生成新的化學結構。電纜老化過程表現出化學鍵斷裂與交聯的過程，化學鍵斷裂的越多，重新組合交聯的密度越大，復合絕緣子就會出現表面分化和整體脆化的不良特性。非交聯段具有一定的分子運動特性，衰減相對較慢；而交聯段所受束縛程度大，分子運動特性小，衰減較快。通過弛豫信息的采集，可快速評價電纜老化過程。

電纜老化研究-低場核磁共振技術

電纜在電力系統中使用越來越廣泛，但是隨著運行時間的增長容易老化，威脅電力系統的安全運行。低場核磁共振分析技術可方便快捷地評價電纜的老化過程。

電纜老化的原因有哪些？

外力損傷

電纜敷設安裝時不規范施工，容易造成機械損傷；在直埋電纜上搞土建施工也極易將運行中的電纜損傷等。

長期過負荷運行

超負荷運行，由于電流的熱效應，負載電流通過電纜時必然導致導體發熱，同時電荷的集膚效應以及鋼鎧的渦流損耗、絕緣介質損耗也會產乍附加熱量，從而使電纜溫度升高。長期超負荷運行時，過高的溫度會加速絕緣的老化，以至絕緣被擊穿。

化學腐蝕

電纜直接埋在有酸堿作用的地區，往往會造成電纜的鎧裝、鉛皮或外護層被腐蝕，保護層因長期遭受化學腐蝕或電解腐蝕，致使保護層失效，絕緣降低，也會導致電纜故障。

電纜老化研究低場核磁共振技術原理

電纜在電場及其他物理化學因素的作用下，分子化學鍵容易斷裂并重新組合生成新的化學結構。電纜老化過程表現出化學鍵斷裂與交聯的過程，化學鍵斷裂的越多，重新組合交聯的密度越大，復合絕緣子就會出現表面分化和整體脆化的不良特性。非交聯段具有一定的分子運動特性，衰減相對較慢；而交聯段所受束縛程度大，分子運動特性小，衰減較快。通過弛豫信息的采集，可快速評價電纜老化過程。

低場核磁共振技術用于運動活化能研究

什么是活化能？

活化能是指分子從常態轉變為容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量。對基元反應，活化能即基元反應的活化能。對復雜的非基元反應，反應活化能是總包反應的的表觀活化能，即各基元反應活化能的代數和。

低場核磁在多孔材料活化能方面的應用

低場核磁共振弛豫時間被證明是飽和液體的多孔材料中吸附質-吸附劑相互作用的獨特探針。縱向和橫向弛豫時間之比（T1/T2）與吸附質-吸附劑相互作用能（活化能）有關，可以引入一個基于弛豫時間之比的定量度量（ES）來表征這種表面相互作用的強度（活化能）。

多孔介質中液體的表面相互作用非常重要，特別是在多相催化領域，理解表面相互作用的能力對于高效合理的催化劑設計至關重要。探測液體飽和多孔介質中的液體-表面相互作用尤其具有挑戰性。現有方法都有局限性，并且沒有一個能夠在實際反應條件下無損地探測催化劑表面分子的行為。

使用低場核磁共振弛豫測量的優點

相比高場核磁，弛豫測量對吸附相互作用的表征不依賴于NMR線型和“峰位”(與多孔介質中的液體或化學位移相關的實際峰位，可能受吸附質-吸附劑相互作用以外的因素影響)。

自旋晶格與自旋-自旋弛豫時間之比（T1/T2）可直接與脫附活化能有關，脫附活化能表征了吸附劑表面上蕞強的吸附位點，可以由程序升溫脫附（TPD）方法確定。

低場核磁共振技術用于運動活化能研究的基本原理：

核磁共振弛豫技術已成為研究飽和多孔介質中液體表面相互作用的一種非侵入性、化學敏感的分析技術。由于分子運動性的變化，當液體分子吸附在固體表面時，檢測到的T1和T2弛豫時間都會縮短；在自由液體中，T1約等于T2。T1和T2都受到被吸附分子(表面水分子)旋轉相關時間變化的影響。然而，T2進一步受到與表面擴散相關的平移相關時間的影響。因此，當分子吸附在表面上時，其平移和旋轉動力學的變化對T2的影響大于T1，導致T1>T2。

T1/T2值表明了同一催化劑中不同液體表面相互作用的相對強度。T1/T2比率可以用作表面親和力的定性描述，并可以進一步反映出活化能。

混凝土自愈合研究（低場核磁共振技術)

混凝土是世界上使用蕞廣泛的建筑材料。但它很容易出現裂縫，這意味著，結構物需要增加鋼筋加以強化。強化過程中必然會出現部分“微裂縫”，這并不會直接導致強度損失。混凝土結構規范規定蕞大裂縫寬度小于等于0.3mm。但隨著時間的推移，水與侵蝕性化學物一起進入這些裂縫并腐蝕混凝土。

什么是混凝土自愈合？

混凝土自愈合是指可自行修補裂縫的實驗性混凝土，它包含有可生產石灰石的休眠的細菌孢子和細菌生長所需要的養分，通過作用于結構的腐蝕性雨水滲入加以激活，以期對混凝土開裂部分進行局部填充。這種新材料有可能會提高混凝土的使用壽命，并有效降低混凝土結構的維護成本。

混凝土自愈合的工作原理

研究人員將混凝土愈合所需的細菌孢子和營養物質作為顆粒添加到混凝土配合料中，這些能在強堿性混凝土環境中生存數十年的芽孢桿菌，利用乳酸鈣作為這些細菌的營養來源。但水又成了微生物生長需要所缺少的成分，因此，孢子處于休眠狀態。但當有水接觸這一膠囊時，膠囊將會融化，細菌將開始生長，并以乳酸鈣作為營養來源生成混凝土的主要成分石灰石。隨后，裂縫將會“愈合”。混凝土自愈合中的桿菌細菌可以在石灰石中生存,且能不斷地產生孢子當水滲入其中的時候,桿菌細菌就會自動生產出石灰石,從而修復好裂縫,一般歷時3周就可以完成修復。現在還有一種含有機鈣化合物的產品也被開始添加進混凝土自愈合之中,以此來增快混凝土自愈合的自愈速度。

低場核磁共振技術用于混凝土研究

低場核磁共振很早就被用來分析水泥的反應的過程,通過測試混合水泥漿液在不同反應時間下的弛豫時間譜,以水分布的變化反推水泥的反應過程。借助低場核磁共振技術,可研究新型水泥的水化反應過程。

低場核磁共振技術可在非破壞條件下連續監測水泥基材料孔結構的發展。在水泥基材料的孔隙中,通常填充有水分。在一定的射頻能的激發下,處在磁場中的水分子會發生共振現象,進而表現出弛豫行為,其弛豫時間的長短與水分子所在的孔隙尺寸有著定量的關系,因此能夠間接地得到孔結構的信息。

受限流體的弛豫主要受制于表面弛豫的影響。對于特定介質而言,t2與多孔介質的比表面積相關,在孔隙率相同時,孔徑越小,比表面積越大,表面相互作用的影響越強烈,t2就越短。對多孔介質流體弛豫的研究提供了孔結構方面的信息。

自愈合混凝土研究（低場核磁共振技術)

混凝土是世界上使用蕞廣泛的建筑材料。但它很容易出現裂縫，這意味著，結構物需要增加鋼筋加以強化。強化過程中必然會出現部分“微裂縫”，這并不會直接導致強度損失。混凝土結構規范規定蕞大裂縫寬度小于等于0.3mm。但隨著時間的推移，水與侵蝕性化學物一起進入這些裂縫并腐蝕混凝土。

什么是自愈合混凝土？

自愈合混凝土是指可自行修補裂縫的實驗性混凝土，它包含有可生產石灰石的休眠的細菌孢子和細菌生長所需要的養分，通過作用于結構的腐蝕性雨水滲入加以激活，以期對混凝土開裂部分進行局部填充。這種新材料有可能會提高混凝土的使用壽命，并有效降低混凝土結構的維護成本。

自愈合混凝土的工作原理

研究人員將混凝土愈合所需的細菌孢子和營養物質作為顆粒添加到混凝土配合料中，這些能在強堿性混凝土環境中生存數十年的芽孢桿菌，利用乳酸鈣作為這些細菌的營養來源。但水又成了微生物生長需要所缺少的成分，因此，孢子處于休眠狀態。但當有水接觸這一膠囊時，膠囊將會融化，細菌將開始生長，并以乳酸鈣作為營養來源生成混凝土的主要成分石灰石。隨后，裂縫將會“愈合”。自愈合混凝土中的桿菌細菌可以在石灰石中生存,且能不斷地產生孢子當水滲入其中的時候,桿菌細菌就會自動生產出石灰石,從而修復好裂縫,一般歷時3周就可以完成修復。現在還有一種含有機鈣化合物的產品也被開始添加進自愈合混凝土之中,以此來增快自愈合混凝土的自愈速度。

低場核磁共振技術用于混凝土研究

低場核磁共振很早就被用來分析水泥的反應的過程,通過測試混合水泥漿液在不同反應時間下的弛豫時間譜,以水分布的變化反推水泥的反應過程。借助低場核磁共振技術,可研究新型水泥的水化反應過程。

低場核磁共振技術可在非破壞條件下連續監測水泥基材料孔結構的發展。在水泥基材料的孔隙中,通常填充有水分。在一定的射頻能的激發下,處在磁場中的水分子會發生共振現象,進而表現出弛豫行為,其弛豫時間的長短與水分子所在的孔隙尺寸有著定量的關系,因此能夠間接地得到孔結構的信息。

受限流體的弛豫主要受制于表面弛豫的影響。對于特定介質而言,t2與多孔介質的比表面積相關,在孔隙率相同時,孔徑越小,比表面積越大,表面相互作用的影響越強烈,t2就越短。對多孔介質流體弛豫的研究提供了孔結構方面的信息。

石墨烯表面疏水性能研究-低場核磁共振技術

什么叫親水性和疏水性？

親水性：指帶有極性基團的分子，對水有較大的親和能力，可以吸引水分子，或易溶解于水。這類分子形成的固體材料的表面，易被水所潤濕。具有這種特性都是物質的親水性。

疏水性：分子偏向于非極性，并因此較會溶解在中性和非極性溶液（如有機溶劑）。疏水性分子在水里通常會聚成一團，而水在疏水性溶液的表面時則會形成一個很大的接觸角而成水滴狀。

材料表面潤濕過程的實質是物質界面發生性質和能量的變化。當水分子之間的內聚力小于水分子與固體材料分子間的相互吸引力時，材料被水潤濕，此種材料為親水性的，稱為親水性材料；而水分子之間的內聚力大于水分子與材料分子間的吸引力時，則材料表面不能被水所潤濕，此種材料是疏水性的（或稱憎水性），稱為疏水性材料。

石墨烯材料獨牛寺的結構、大的比表面積，使得它擁有優異的力學、熱學、電學和磁學性能，在各個領域的應用價值逐漸突顯，逐漸成為很多領域研究的焦點。比表面積是其一個重要的性質，是衡量石墨烯材料性能的一項非常重要的參量，低場核磁共振技術是一種先進的測試懸浮液顆粒表面特性的方法，低場核磁共振法測試時間短，不需要繁瑣的樣品處理過程，無需引入外部試劑。在監測懸浮液狀態下顆粒與溶劑之間的表面化學、親和性、潤濕性等方面具有獨牛寺的優勢。

低場核磁共振技術用于石墨烯表面疏水性能研究基本原理

材料的親水性與疏水性與顆粒的團聚與分散存在直接的關聯，低場核磁共振技術可研究顆粒材料在水中的分散規律及分散行為與顆粒的潤濕性的關系，通過顆粒間的相互作用了解分散作用機制。

對于潤濕的顆粒體系，顆粒表面會附著一層液相分子，這些液相分子因無機相表面的吸附作用而運動受限。但未與顆粒相接觸的液相分子運動是自由的，液相分子的馳豫時間（relaxation time）與它所處的運動狀態密切相關，自由狀態的液相分子的核磁馳豫時間要比束縛狀態的液相分子的馳豫時間長得多，顆粒分散性更好的體系吸附溶劑量相對更多，弛豫時間也就更短。因此，可以利用低場核磁共振技術來測量懸浮液體系的馳豫時間，并計算顆粒的濕潤比表面積（可利用的吸附表面積），進而用來研究顆粒的團聚狀態、分散性穩定性、親和性以及潤濕性等問題。

低場核磁共振技術用于溫度升高時活化能研究

什么是活化能？

活化能是指分子從常態轉變為容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量。對基元反應，活化能即基元反應的活化能。對復雜的非基元反應，反應活化能是總包反應的的表觀活化能，即各基元反應活化能的代數和。

低場核磁在多孔材料活化能方面的應用

低場核磁共振弛豫時間被證明是飽和液體的多孔材料中吸附質-吸附劑相互作用的獨特探針。縱向和橫向弛豫時間之比（T1/T2）與吸附質-吸附劑相互作用能（活化能）有關，可以引入一個基于弛豫時間之比的定量度量（ES）來表征這種表面相互作用的強度（活化能）。

多孔介質中液體的表面相互作用非常重要，特別是在多相催化領域，理解表面相互作用的能力對于高效合理的催化劑設計至關重要。探測液體飽和多孔介質中的液體-表面相互作用尤其具有挑戰性。現有方法都有局限性，并且沒有一個能夠在實際反應條件下無損地探測催化劑表面分子的行為。

使用低場核磁共振弛豫測量的優點

相比高場核磁，弛豫測量對吸附相互作用的表征不依賴于NMR線型和“峰位”(與多孔介質中的液體或化學位移相關的實際峰位，可能受吸附質-吸附劑相互作用以外的因素影響)。

自旋晶格與自旋-自旋弛豫時間之比（T1/T2）可直接與脫附活化能有關，脫附活化能表征了吸附劑表面上蕞強的吸附位點，可以由程序升溫脫附（TPD）方法確定。

低場核磁共振技術用于溫度升高時活化能研究基本原理：

溫度升高時活化能會發生變化。核磁共振弛豫技術已成為研究飽和多孔介質中液體表面相互作用的一種非侵入性、化學敏感的分析技術。由于分子運動性的變化，當液體分子吸附在固體表面時，檢測到的T1和T2弛豫時間都會縮短；在自由液體中，T1約等于T2。T1和T2都受到被吸附分子(表面水分子)旋轉相關時間變化的影響。然而，T2進一步受到與表面擴散相關的平移相關時間的影響。因此，當分子吸附在表面上時，其平移和旋轉動力學的變化對T2的影響大于T1，導致T1>T2。

T1/T2值表明了同一催化劑中不同液體表面相互作用的相對強度。T1/T2比率可以用作表面親和力的定性描述，并可以進一步反映出溫度升高時活化能的變化。

低場核磁共振技術用熱固性酚醛樹脂的固化反應研究

酚醛樹脂的分類：

根據形態，酚醛樹脂可分為固體酚醛樹脂和液體酚醛樹脂，其中固體酚醛樹脂為黃色、透明、無定形塊狀物質，而液體酚醛樹脂為黃色、深棕色液體。根據工程性能，固體酚醛樹脂可分為熱塑性酚醛樹脂和熱固性酚醛樹脂。

熱固性酚醛樹脂的特性：

熱固性酚醛樹脂具有很強的浸潤能力,成型性能好,體積密度大,氣孔率低,用于耐火制品,該樹脂在15℃- 20℃下可保持三個月.酚醛樹脂制品優點主要是尺寸穩定,耐熱、阻燃,電絕緣性能好,耐酸性強,它主要應用于運輸業、建筑業、軍事業、采礦業等多種行業,應用廣泛.

熱固性酚醛樹脂是膠粘劑的重要原料。單一的酚醛樹脂膠性脆，主要用于膠合板和精鑄砂型的粘結。以其他高聚物改性的酚醛樹脂為基料的膠粘劑，在結構膠中占有重要地位。其中酚醛-丁睛、酚醛-縮醛、酚醛-環氧、酚醛-環氧-縮醛、酚醛-尼龍等膠粘劑具有耐熱性好、粘結強度高的特點。酚醛-丁睛和酚醛-縮醛膠粘劑還具有抗張、抗沖擊、耐濕熱老化等優異性能，是結構膠粘劑的優良品種。

低場核磁共振技術用熱固性酚醛樹脂的固化反應研究

紐邁PQ001低場核磁共振分析儀

低場核磁共振技術主要是通過弛豫特性來研究聚合物分子的運動性。T2由自旋系統內部交換能量引起,反映了樣品內部聚合物上氫質子所處的化學環境,與氫質子所受的束縛力及其自由度有關,而氫質子的束縛程度又與樣品的內部結構密不可分。氫質子受束縛越大或自由度越小,T2越短。固化反應過程中,氫質子的T2會逐漸縮短,固化完荃后氫質子受到完荃的束縛,T2會縮短為定值,不再變化,T2與樣品固化反應程度之間具有明顯的對應關系。因此,可借助T2的變化在線觀察樣品在不同溫度下的固化反應全過程,判斷固化反應程度。

表面疏水性變為親水性過程研究-低場核磁共振技術

什么叫親水性和疏水性

親水性：指帶有極性基團的分子，對水有較大的親和能力，可以吸引水分子，或易溶解于水。這類分子形成的固體材料的表面，易被水所潤濕。具有這種特性都是物質的親水性。

疏水性：分子偏向于非極性，并因此較會溶解在中性和非極性溶液（如有機溶劑）。疏水性分子在水里通常會聚成一團，而水在疏水性溶液的表面時則會形成一個很大的接觸角而成水滴狀。

材料表面潤濕過程的實質是物質界面發生性質和能量的變化。當水分子之間的內聚力小于水分子與固體材料分子間的相互吸引力時，材料被水潤濕，此種材料為親水性的，稱為親水性材料；而水分子之間的內聚力大于水分子與材料分子間的吸引力時，則材料表面不能被水所潤濕，此種材料是疏水性的（或稱憎水性），稱為疏水性材料。

顆粒在水中會發生聚團，如混疑、選擇性聚團、疏水聚團和油團聚等已在礦物加工，水處理及食品加工等行業獲得廣泛的工業應用。在粉體技術、化工、涂料和醫藥等領域中，聚團的逆過程(顆粒分散)則是提高工藝效率，改善產品質量和性能的關鍵技術手段。

低場核磁共振技術

材料的親水性與疏水性與顆粒的團聚與分散存在直接的關聯，低場核磁共振技術可研究顆粒材料在水中的分散規律及分散行為與顆粒的潤濕性的關系，通過顆粒間的相互作用了解分散作用機制。

顆粒分散體中溶劑的弛豫速率與可用顆粒表面積成線性比例。與游離聚合物相關的溶劑或聚合物環和尾部內的溶劑在弛豫速率方面沒有顯著變化，因為它們仍然具有很高的流動性。當聚合物在顆粒表面形成吸附層時，由于水分子在近表面區域的比例和/或停留時間增加，總的弛豫速率增強。通過低場核磁技術的弛豫差異，即可描述顆粒分散性。