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低场固体核磁共振魔角旋转探头关键部件的研制OA

Design and Development of Key Components for a Low-field Solid-state NMR Magic Angle Spinning(MAS)Probe

中文摘要英文摘要

高场固体核磁共振(NMR)技术具有高灵敏度和多核检测能力,但在研究锂离子电池之类的顺磁材料时,过渡金属离子(如 Mn3+、Fe3+等)的强顺磁效应会导致高场下磁场不均匀、谱线展宽、信号衰减、无法魔角旋转(MAS)等问题.低场条件下,顺磁效应引起的磁场畸变显著减弱,为解决这些问题提供了可能.本文通过理论分析低场环境对顺磁物质研究的优势,研制了用于 0.5 T Halbach磁体的低场固体MAS探头,并构建了一套完整的低场固体MAS谱仪.实验在 12 kHz转速下采集到多种顺磁样品的 7Li NMR信号,验证了自主研制的低场固体MAS技术在顺磁样品体系中的可行性.该方案解决了高场条件下自旋边带叠加和MAS失效的问题,为顺磁材料的NMR研究提供了新途径.

High-field solid-state nuclear magnetic resonance(NMR)technology boasts high sensitivity and multi-nucleus detection capability.However,when studying paramagnetic materials like lithium-ion batteries,the strong paramagnetism of transition metal ions(such as Mn3+,Fe3+,etc.)leads to issues like magnetic field inhomogeneity,spectral line broadening,signal attenuation,and inability to perform magic-angle spinning(MAS)at high magnetic fields.Under low-field conditions,the magnetic field distortion induced by paramagnetic effects is significantly reduced,offering a potentia l solution to these problems.This paper presents a theoretical analysis of the advantages of low-field environments for studying paramagnetic substances.A low-field solid-state MAS probe for a 0.5 T Halbach magnet was developed.Furthermore,a complete low-field solid-state MAS spectrometer was constructed.In experiments,7Li NMR signals of various paramagnetic samples were acquired at a spinning speed of 12 kHz,verifying the feasibility of the self-developed low-field solid-state MAS technology for paramagnetic samples.This approach addresses the problems of overlapping spin sidebands and MAS failure at high fields,providing a new pathway for NMR research on paramagnetic materials.

吴肇博;王佳鑫;刘万震;程鑫;魏巍;黄臻;陈方;张志;刘朝阳

武汉轻工大学电气与电子工程学院,湖北 武汉 430023中国科学院精密测量科学与技术创新研究院,磁共振波谱与成像全国重点实验室,武汉磁共振中心,湖北 武汉 430071中国科学院精密测量科学与技术创新研究院,磁共振波谱与成像全国重点实验室,武汉磁共振中心,湖北 武汉 430071||中国科学院大学,北京 100049中国科学院精密测量科学与技术创新研究院,磁共振波谱与成像全国重点实验室,武汉磁共振中心,湖北 武汉 430071||中国科学院大学,北京 100049武汉轻工大学电气与电子工程学院,湖北 武汉 430023武汉轻工大学电气与电子工程学院,湖北 武汉 430023中国科学院精密测量科学与技术创新研究院,磁共振波谱与成像全国重点实验室,武汉磁共振中心,湖北 武汉 430071||中国科学院大学,北京 100049中国科学院精密测量科学与技术创新研究院,磁共振波谱与成像全国重点实验室,武汉磁共振中心,湖北 武汉 430071||中国科学院大学,北京 100049中国科学院精密测量科学与技术创新研究院,磁共振波谱与成像全国重点实验室,武汉磁共振中心,湖北 武汉 430071||中国科学院大学,北京 100049

数理科学

固体核磁共振低场核磁共振魔角旋转(MAS)技术低场MAS射频线圈

solid-state NMRlow-field NMRmagic angle spinning(MAS)technologylow-field MASradio frequency coil

《波谱学杂志》 2026 (1)

1-15,15

国家重点研发计划(2023YFE0113300,2022YFF0707000),中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项(XDB0540300),国家自然科学基金项目(22327901,22374158,22127801),中国科学院精密测量科学与技术创新研究院交叉培育项目(S21S4101).

10.11938/cjmr20253163

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