【仪器专栏】NMR是怎样揭示人造皮肤的材料变形机制的？
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大家好，我是纽迈分析的小编之一，大家可以叫我小伟。上期给大家介绍了一些科技进展方面的资讯，这期给大家分享一篇低场核磁应用在材料领域的文献。
文献解读
不同离子膜基IPMC 材料的变形机制比较研究
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引言
智能材料近年来发展非常快，主要是因为其具有的一些优异的性能。例如即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。在信息技术高度发展的今天，智能材料的需求越来越高。
图1 智能材料
离子聚合物-金属复合材料（Ionic polymer-metal composites，IPMC）是一种离子型电致
动聚合物，是一种新型智能材料。IPMC质量轻、驱动电压低、弯曲变形大、柔韧性好和无噪声等突出优点，因而在航天航空、生物医学、仿生机械等领域具有非常大的应用潜力，也可作为人造皮肤在机器人的生产中应用。其变形机理的研究成为一个非常重要的课题。
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核心观点
本文通过实验，以Nafion 和Flemion 离子交换膜为基体的IPMC 材料为研究对象。主要通过低场核磁共振（苏州纽迈低场核磁）的方法研究了材料内部质子横向弛豫时间T2 的分布，以期获得 IPMC材料内水分子的形态及组成变化规律。
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实验流程
图2 实验流程图
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试验结果
IPMC吸/失水变化规律
a.IMPC在空气中的失水图
b.IMPC材料在空气中的吸水图
图3 IPMC 材料在空气中失水/吸水过程水含量的变化规律
IPMC内部水形态
IPMC 材料内包含不同形态的水分子，因此，在磁场激励作用下质子的弛豫时间不同，采用低场核磁共振方法测量质子横向弛豫时间T2 的分布就可以区分不同形态的水。T2 的测定使用上海纽迈公司的NMI20-110 Analyst 型核磁共振成像分析仪（共振频率为21.96MHz），采用CMPG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）脉冲序列方法。
（a）Nafion-IPMC
（b）Flemion-IPMC
图4 低场核磁共振的T2分布
a图的图中标注了峰形变化及其含义，b图的规律和a图一致。
不同水含量IPMCs 的力电响应
（a）Nfaion-IPMC
（b）Flemion-IPMC
图5 IPMC 材料随水含量减少的变形演变
图5反应了IPMC材料随着水含量的减少的变形演变规律，从图中可以看出演变分三个阶段：
（1）当样品饱和含水时（W1），IPMC 初始快速向阳极变形，然后表现出明显的松弛现象，且松弛变形向阴极方向的变形超过初始平衡位置。
（2）随着含水量的减小（W2-W3），样品的松弛变形消失，而且阳极变形增大。（3）在进一步的失水过程中（W4-W8），阳极变形呈减小的趋势，松弛变形也不会再出现。
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结论创新点
结论
1.随着水含量的减少，IPMC 材料吸/失水过程中含水量呈指数变化。
2.首先饱和含水时，变形特征为一定程度的松弛变形；随着含水量减少，松弛变形消失而阳极变形增大；含水量进一步 减少，阳极变形随之减小。
创新点
1.本文提供了一种利用NMR可以快速直接动态监测水分、离子变化的方法，为研究离子膜材料的变形机制提供了一个高效可靠的方法。
2.揭示了膜材料的可能的变化机制，为该材料的应用奠定了理论基础。
参考文献：[1] 不同离子膜基IPMC 材料的变形机制比较研究[J]朱子才 中国科技在线：2012-480
写给我的读者
首先真的感谢大家一直以来的支持！
低场核磁作为材料领域的研究手段是对以前材料的研究方法的很好的补充，我觉得还有很多有意思的东西值得我们去探索。如果你有什么好的东西要分享可以留言给我哦！这期的推送就到这里了，下期仪器专栏会给大家带来一篇科研方面的感悟,和大家聊聊科研上的那些事儿，敬请期待!
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纽迈专注于“低场核磁共振”技术及应用推广、具备强大的研发能力、完备的生产、服务和成熟的运营管理体系。公司自主开发多款核磁共振分析仪器并已获得多项国家奖项和资质认证，产品广泛应用于农业食品、能源勘探、高分子材料、纺织工业、生命科学等行业领域，获得业界一致认可。
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