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核磁共振
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商傳媒|責任編輯/綜合外電報導
摘要

美國國家再生能源實驗室正透過核磁共振技術,精確解析原子結構,成功協助半導體產業改善產品品質,並在生物能源與電池技術研究上取得重大進展,加速新一代能源材料的開發。

美國國家再生能源實驗室(National Laboratory of the Rockies, NLR)的研究人員,正運用核磁共振(NMR)這項擁有八十年歷史的技術,深入探究原子自旋的奧秘。這項技術能以無與倫比的精確度解析原子結構,為新一代能源技術的發展提供關鍵洞見。

NLR 研究員 Ross Kerner 曾利用核磁共振技術,針對混合有機-無機鹵化物半導體晶體進行研究,發現製造商生產的每個樣本都含有雜質。該實驗室核磁共振設施主任兼主要專家本尼特·艾迪生(Bennett Addison)指出,這項技術能有效檢驗產品是否如預期製造。Ross Kerner 表示,透過兩天的核磁共振實驗,數家公司已能調整生產流程,並藉由識別半導體中的雜質,顯著改善產品品質,這讓製造商大感驚訝。

在生物能源與植物科學領域,NLR 研究人員已成功建立了楊樹次級細胞壁的首個巨分子模型,這個模型可在電腦上進行測試,大幅加速相關發現進程。這項突破得益於固態核磁共振(solid-state NMR)技術,它使得研究人員能夠量化聚合體(polymers,即多個單元重複組成的分子)之間的相對排列方式。一項於 2026 年發表的利用碳-13富集環境進行固態核磁共振的研究顯示,楊樹次級細胞壁的結構具有高度保守性。此外,透過高通量溶液態核磁共振(high-throughput solution-state NMR),研究團隊能夠快速分析楊樹種植園中樹木的糖類與木質素特性,將整片森林轉化為可分析的數據集。

核磁共振技術也對電池研究帶來助益。NLR 利用鋰-7固態核磁共振,分析了電池中不同溫度下的離子擴散情況,進而揭示了在 Li6PS5X 化學體系中,離子位點的無序性如何驅動離子擴散。

本尼特·艾迪生強調:「核磁共振在你的領域幾乎肯定有用。你只需要去嘗試。」Ross Kerner 也認同,許多科學家可能從未接受過相關訓練,以致於不了解這項技術的簡便與強大。他呼籲科學界應勇於跳出舒適圈,探索「我究竟投入了什麼、得到了什麼?」的核心問題,充分利用核磁共振在材料科學、能源探索上的無限潛力。