低场核磁研究凝胶分子迁移率和纳米结构变化

凝胶分子迁移率是指分子在凝胶中移动的速度或速率，这个速度或速率受到多种因素的影响，包括分子的物理性质（如大小、构型和带电量）、凝胶的浓度、电场强度、缓冲液成分以及温度等。纳米结构则是指材料在纳米尺度（1-100纳米）上的组织和结构。纳米结构对材料的物理、化学和机械性质都有显著影响。在凝胶电泳中，纳米结构可能会影响凝胶的孔隙大小、形状和分布，从而影响分子在凝胶中的迁移率。

凝胶分子迁移率与纳米结构之间存在密切关系。纳米结构通过影响凝胶的物理性质，如孔隙大小、形状和分布，从而影响分子在凝胶中的迁移率。

低场核磁（LF-NMR）在对凝胶分子迁移率和纳米结构变化方面起到了重要作用。例如，低场¹H核磁共振技术是一种通过自旋-自旋弛豫时间（T₂）监测氢原子运动能力变化的有力工具。可以帮助我们深入了解离子凝胶的纳米结构变化。

东华大学武培怡/孙胜童团队通过半岛(中国)分析低场核磁氟谱、SAXS、红外、分子模拟等表征手段分析了离电液晶弹性体纤维电导率急剧增强效应的机理研究发现，离子电导率提升主要发生在后软弹性区间（post-soft elasticity，应变>200%）。由于刚性液晶基元密堆积导致离子液体与液晶弹性体网络相容性变差，从而发生微弱的相分离，并形成了沿拉伸方向高度有序且相互贯通的离子纳米通道。从下图C中我们可以发现核磁结果证明应变>200%的样品出现了大量的弱结合作用的离子液体存在于大空隙的离子通道内。这些离子通道起到了类似 “泳道”的作用，使得离子（主要是PF6阴离子）这些“运动员”可以以最短时间通过。

图1 离电液晶弹性体纤维电导率增强效应的结构解析。

该研究团队通过离子传导迂曲度（tortuosity）调制，设计了一种具有超高力学韧性的离电液晶体弹性体纤维（LonoLCE），实现了离子电导率随拉伸上千倍的提升。可拉伸离子导体是模拟弹性生物组织离子传输的重要材料，由此发展形成的“可拉伸离电学”在人造肌肉、仿生皮膜、软体机器人、可拉伸储能等领域得到了广泛关注。