天游线路检测中心 制造业的守护者：固态核磁共振揭示材料工程的未来

采访 03

东丽研究中心有限公司
结构化学研究部结构化学实验室2
崎山洋子，经理

LED、燃料电池、类金刚石碳
今天，日本继续利用世界一流的制造技术生产卓越的产品。
JEOL 的固态 NMR 技术和 TRC 分析化学家的应用技术正在开辟新的视野。

强调分析的日本公司

“我认为日本公司非常重视分析。”
东丽研究中心 (TRC) 的 Yoko Sakiyama 说道。他是一个实验室的领导者，该实验室包括一个负责核磁共振（NMR）的小组。
TRC是一家合同分析公司，根据企业、大学等的要求，在研发和生产中进行分析、物性评估以及研究。1978年，它从东丽工业株式会社的研究部门独立出来。作为独立于研究部门的合同分析公司，其历史最悠久。由于这段历史，我们的专业是分析聚合物和大分子，涵盖半导体、显示器、打印机、电池、能源、汽车、工业材料、环境、医学和生物技术等广泛领域。当问题发生时，我们经常会收到分析请求以确定原因，但TRC的真正价值只有在研发阶段作为合作伙伴发挥作用时才能体现。
“当好的东西被创造出来时，人们不会一无所获，而是来找我们询问它的创造原因以及它的结构。我们经常从研发的早期阶段提供长期帮助。”

用于测量不溶物质的固态NMR

通过横向组织协作提出最佳分析菜单

然而，仅靠 NMR 无法确定锂离子电池劣化的原因。通过组合各种分析方法，我们可以确定负极、正极和隔膜中发生劣化的位置。为此，TRC 的多个小组（通常按方法划分）横向合作，提出最佳分析方案。
此外，锂电池如果暴露在大气中会剧烈起火，因此需要在不暴露在大气中的情况下对其进行拆解和测量，更不用说将其熔化。通常以电池组的形式带到 TRC，TRC 有一个专门的团队来拆卸它们并提取物体进行安全分析。
我们不仅进行分析，还确定故障原因并提出在开发阶段防止恶化的方法。 TRC在日本制造业的发展中所发挥的作用是不小的壮举。

支持先进制造

TRC近年来一直致力于研究的产品之一是类金刚石碳。它在半导体材料、工具、发动机活塞等表面形成金刚石坚硬的光滑薄膜，极大地提高了零件的性能，其应用范围正在加速扩大。
决定其性能的是两种不同结构碳的混合比例。固体中的碳包括导电的sp2碳和绝缘体的sp3碳。 sp2越多，材料就越像石墨，sp3越多，它就越像金刚石，所需的分布由所需的用途决定。
只有固态 NMR 才能区分碳的不同结构，并确定每种类型的含量。咲山先生收到越来越多与产品选择相关的请求，例如“看起来很不错，但实际的混合比例是多少？”
燃料电池收到了更多的询问。燃料电池汽车终于在2014年11月上市，预计市场将大幅扩张，材料制造商、电池制造商、汽车制造商都争先恐后地要求分析。电解质聚合物是燃料电池中的重要器件，很难溶解在溶剂中，这使得固态核磁共振成为一种优势。
``我希望安装在汽车上的电池能持续10年，但早期的聚合物降解非常严重，无法投入实际使用。燃料电池汽车之所以能够商业化，是因为聚合物和催化剂的耐用性的提高，以及催化剂均匀应用技术的建立。作为一个已经评估它们10多年的人，这是一次非常感人的经历。''

1mm探头开辟新视野

Sakiyama 先生团队的支柱是 JEOL 的固态 NMR。
“设备的性能当然很重要，但如果您与 JEOL 讨论您想要进行什么样的测量，他们会立即提出改进计划。我非常感激他们会采纳您的建议。由于它是设备，所以可能会出现问题，但当发生这种情况时，他们会提供快速服务。”
2012年，增加了使用直径1毫米超薄样品管的探头（检测器），克服了NMR长期存在的需要大量样品的问题，大大扩展了分析目标范围。
例如LED的亮度下降，我们收到了很多调查原因的请求，但LED使用的材料都是少量的，很难用NMR测量它们。然而，随着 1 mm 探针的出现，将 LED 的退化纳入该过程已成为可能。
“根据材料的不同，许多样品仅发生表面或局部恶化。借助 1 毫米探头，我们现在能够仅刮掉我们想要看到的区域并进行分析。这对我们来说是一个巨大的进步。”
未来，TRC 希望重点关注医疗材料，例如人工透析中使用的聚合物，以及使用植物中纤维素和木质素等原材料的绿色化学。
“由于这是一个新领域，分析方法尚未建立，我们希望与大学和其他组织合作，共同开发评估菜单。”
核磁共振和分析化学家的努力似乎将揭示一个新世界。

发布时间：2015 年 2 月

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