Multidimensional Solid-State NMR and Polymers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Academic Press

作者:Klaus Schmidt-Rohr

出品人:

页数:496

译者:

出版时间:1994-11-29

价格:USD 240.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780126266306

丛书系列:

图书标签:

• Solid-State NMR
• Polymers
• Multidimensional NMR
• Materials Science
• Polymer Chemistry
• Spectroscopy
• NMR Spectroscopy
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固体核磁共振波谱技术及其在材料科学中的应用：一本深度探索 图书名称： 固体核磁共振波谱技术及其在材料科学中的应用 作者： [此处填写虚构的作者姓名，例如：张伟、艾伦·史密斯] 页数： 约 900 页 出版年份： [此处填写虚构的年份，例如：2025 年] --- 内容简介 本书是一部全面深入探讨固体核磁共振（Solid-State Nuclear Magnetic Resonance, SSNMR）波谱学原理、实验技术及其在当代材料科学与工程领域中广泛应用的基础性专著。本书旨在为高年级本科生、研究生、科研人员以及致力于先进材料表征的工程师提供一个结构清晰、内容详实的知识框架，从基础理论出发，逐步过渡到尖端技术和复杂的应用实例。 第一部分：固体核磁共振的基础理论与物理图像 本部分为全书的理论基石，详细阐述了使得固体核磁共振区别于溶液核磁共振的关键物理效应和数学描述。 第一章：核磁共振基本原理回顾与固体体系的特殊性 本章首先简要回顾了拉莫尔进动、拉莫尔频率、自旋系统与外加磁场相互作用的基本概念。随后，重点分析了固体体系中原子核所处的环境特性，特别是由于分子运动受限而导致的偶极-偶极相互作用（Dipolar Coupling）、化学位移各向异性（Chemical Shift Anisotropy, CSA）以及四极相互作用（Quadrupolar Interaction）在激发和弛豫过程中扮演的核心角色。清晰界定了这些各向异性效应对谱线展宽的决定性影响，并引入了张量（Tensor）描述的必要性。 第二章：弛豫理论与自旋动力学 弛豫过程是理解固体核磁共振信号产生与衰减的关键。本章深入探讨了 $T_1$（自旋-晶格）弛豫和 $T_2$（自旋-自旋）弛豫的微观机制。详细分析了分子运动（如旋转、跳跃、扩散）对弛豫时间的影响，引入了宏观方程（Bloch Equations）在固体体系中的修正形式。此外，专门讨论了利用弛豫时间谱图（如 $T_1 ho$ 实验）来探究分子动力学在不同时间尺度上的行为。 第三章：高分辨率固体核磁共振的实验方法学 本部分是本书的技术核心，详细介绍了实现高分辨率固体核磁共振所必须依赖的先进实验技术。 3.1 魔术角旋转（Magic Angle Spinning, MAS）： 深入解析了 MAS 消除偶极耦合和化学位移各向异性效应的几何原理。详尽讨论了不同转速（从低速到超高速，如 100 kHz 以上）对谱图分辨率和信号强度的影响，并介绍了 MAS 设备的工程细节与维护。 3.2 去耦技术（Decoupling Techniques）： 详细比较了用于消除 ${}^1 ext{H}$ 自旋对其他核（如 ${}^{13} ext{C}$ 或 ${}^{15} ext{N}$）的偶极耦合的各种脉冲序列，包括四极耦合消除脉冲（CPMED/RFDR）、静态去耦（Decoupling）方法，特别是边带去耦（Sideways Decoupling）和超级去耦序列（Super-Coherence Sequences）的原理与实践。 3.3 提高灵敏度的方法： 重点阐述了交叉极化（Cross Polarization, CP）技术的原理，即利用能量匹配将高丰度核（如 ${}^1 ext{H}$）的磁化率传递给低丰度核（如 ${}^{13} ext{C}$），极大地增强了信号强度。同时，也介绍了动态核极化（Dynamic Nuclear Polarization, DNP）技术，作为在极低温度和强射频功率下实现灵敏度提升的下一代技术。 第二部分：二维与多维固体核磁共振：结构解析的利器 本部分专注于复杂多维实验的设计、执行和数据解析，这些实验是解析复杂材料结构和关联性的关键手段。 第四章：基于空间关联的二维谱学 本章聚焦于揭示分子间或分子内原子间空间距离的二维实验。 4.1 偶极关联实验： 详细介绍了基于偶极耦合的关联技术，如$J$-耦合与偶极耦合的混合实验（Homonuclear Correlation Experiments）。核心内容包括平移关联（Correlation Spectroscopy, COS）、二次激发关联（Double-Quantum Correlation, DQ-SQ）序列，并解释了如何通过 DQ 信号的线形分析来估算质子-质子间的距离（通常在 6 埃以内）。 4.2 化学位移与空间距离的协同分析： 介绍如何结合 ${}^{13} ext{C}-{}^{13} ext{C}$ 偶极关联实验（如 TEDOR, RFDR）来构建分子骨架图，并利用 CSA 数据与偶极常数来精确确定结构单元的相对取向。 第五章：化学环境与连接性研究的多维实验 本章侧重于识别不同的化学环境和化学键的连接性。 5.1 $J$-耦合实验： 尽管在固体中 $J$-耦合较弱，但对于确定键的连接性至关重要。本章介绍了如何利用CP-MAS 结合$J$-耦合分辨的实验（如 HETCOR 的 $J$-介导版本）来区分化学位移重叠的信号。 5.2 多核关联技术： 深入探讨了连接不同原子种类的实验，如 ${}^1 ext{H}-{}^{13} ext{C}$ 的 HETCOR 实验，以及如何通过三维或四维实验（如 ${}^{13} ext{C}-{}^{15} ext{N}-{}^1 ext{H}$ 实验）来解析复杂的生物大分子或有机-无机杂化材料中的多重化学环境。 第三部分：固体核磁共振在先进材料科学中的前沿应用 本部分将理论和技术应用于具体的材料系统，展示 SSNMR 作为“无损显微探针”的强大能力。 第六章：无序介质与非晶态材料的结构解析 固体核磁共振在研究缺乏长程有序性的材料方面具有不可替代的优势。 6.1 玻璃与非晶态材料： 讨论了如何利用化学位移的分布宽度（即 CSA 分布）来量化材料的无序度。详细介绍了通过 ${}^{29} ext{Si}$ 或 ${}^{31} ext{P}$ NMR 分析硅酸盐玻璃网络连接性（$Q^n$ 单元分布）和网络断裂模式的方法。 6.2 有机无序体系： 分析了高分子侧链运动和玻璃化转变温度 ($T_g$) 对弛豫时间和谱线形状的影响，并展示了如何利用温度梯度下的 MAS 实验来精确测定这些动力学参数。 第七章：多相界面与杂化材料的表征 本章关注 SSNMR 如何探查不同相态或组分之间的界面结构。 7.1 有机-无机杂化材料： 重点介绍了“连接性”探针——利用 ${}^{13} ext{C}$ 或 ${}^{31} ext{P}$ 的偶极耦合来确定有机组分与无机骨架（如二氧化硅或氧化铝）之间共价键的形成情况，以及界面层的厚度和结构完整性。 7.2 晶体缺陷与表面化学： 探讨了如何通过分析表面物种的弛豫时间（通常远短于体相物种）来区分材料表面的活性位点或吸附分子，例如在催化剂或吸附剂研究中的应用。 第八章：能源材料与电化学系统的原位研究 本部分聚焦于 SSNMR 在动态和功能性材料系统中的前沿应用。 8.1 锂离子电池电极材料： 详细介绍了如何使用 MAS NMR 结合$T_1$ 测量来监测充放电过程中活性物质（如 $ ext{LiFePO}_4$ 或 $ ext{LiCoO}_2$）的晶格结构变化、锂离子迁移路径以及固态电解质界面的形成（SEI 层分析）。 8.2 固态电解质： 阐述了如何利用$T_1 ho$ 弛豫时间和核磁共振扩散谱学（NMR Diffusion Studies）来直接测量固态电解质中锂离子的扩散系数和激活能，这对于设计高性能固态电池至关重要。 第九章：生物物理与软物质应用 本章将固体核磁的强大能力延伸至高分子和生物材料领域。 9.1 固态生物材料： 讨论了在纤维状蛋白质（如淀粉样蛋白）和膜蛋白的结构解析中，如何利用高维度、高场强 SSNMR 确定二级结构（$alpha$-螺旋、$eta$-折叠）的相对取向和三维残余偶极耦合（RDCs）的测量。 9.2 结构化高分子： 阐述了 SSNMR 如何区分结晶区与非晶区的化学位移差异，并利用特定脉冲序列来测量高分子链段的局部运动刚性和缠结密度，这些参数直接影响材料的力学性能。 结语 本书以严谨的科学态度，全面覆盖了固体核磁共振的理论基石、先进实验方法，并辅以大量的实际应用案例，旨在推动该领域研究人员对固体材料微观结构和动力学的深刻理解与精确表征能力。 --- 关键词： 固体核磁共振（SSNMR），魔术角旋转（MAS），交叉极化（CP），偶极耦合，化学位移各向异性，分子动力学，材料表征，固态电池，杂化材料。

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长久以来，我一直在寻找一本能够将高深的固态NMR理论与实际的聚合物研究应用相结合的书籍，尤其是能够深入讲解多维实验的设计和数据解读。在我看来，固态NMR虽然威力巨大，但其复杂性和对实验者的高要求，常常让人望而却步。而“多维”这个词，更是在我心中增添了几分敬畏。我希望《Multidimensional Solid-State NMR and Polymers》这本书能够像一位循循善诱的老师，将那些令人费解的脉冲序列、复杂的弛豫过程以及抽象的谱图解析过程，以一种清晰易懂的方式呈现出来。我特别好奇书中是否会涉及针对不同类型聚合物（如无定形聚合物、半晶态聚合物、天然高分子等）的多维NMR研究策略。我非常期待书中能有详细的实验流程和数据处理示例，指导我如何一步步地从原始数据中提取出有价值的结构和动力学信息，例如聚合物链的构象异构、链段的旋转运动、分子间相互作用的强度和距离，甚至包括材料在特定环境（如温度、溶剂、机械应力）下的动态响应。

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我一直觉得，固态NMR在聚合物科学中的潜力远未被充分发掘，尤其是在解析复杂体系的微观结构和动力学行为方面，传统手段往往显得力不从心。当我看到《Multidimensional Solid-State NMR and Polymers》这本书时，我立刻被它的标题吸引住了，因为它似乎正是填补这一空白的关键。我非常好奇，书中会如何具体地阐述“多维”概念在固态NMR中的应用，以及这些技术如何能够为聚合物研究带来新的突破。我期望这本书能够提供一套详尽的指导，帮助我理解如何设计和执行多维固态NMR实验，例如如何利用化学位移异构、自旋-自旋耦合、空间接近性等信息来解析聚合物的分子结构、链段运动、以及不同组分之间的相互作用。我设想，书中可能会包含丰富的案例研究，展示如何利用这些先进技术来解决诸如聚合物结晶动力学、薄膜形貌、共混体系相行为、以及功能聚合物的分子设计等实际问题，从而为我未来的研究提供新的思路和方法。

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这本书的出现，简直是给迷失在固态核磁共振（NMR）海洋中的我指明了一盏灯，或者更确切地说，是一整片星空。一直以来，我总觉得固态NMR的研究仿佛置身于一个复杂而抽象的维度，虽然理论上知道它的强大之处，但在实际应用和深入理解上总感觉隔着一层窗户纸。这本书的标题《Multidimensional Solid-State NMR and Polymers》一下子就击中了我的痛点，而且“多维”这个词本身就充满了探索未知的吸引力。我尤其期待它能如何将复杂的多维NMR技术，特别是那些听起来就令人望而生畏的脉冲序列和数据处理方法，巧妙地融入到聚合物的研究中。毕竟，聚合物的结构和动力学性质远比小分子复杂得多，单一维度的NMR常常难以提供足够的信息。我非常好奇，这本书会如何具体地解释如何通过二维、三维甚至更高维度的实验来解析聚合物链的构象、分子链间的相互作用、动态过程，以及那些隐藏在材料性能背后的微观结构细节。我设想，书中应该会包含大量的实例分析，从简单的线性聚合物到复杂的交联网络，甚至包括各种共混物和复合材料，展示多维固态NMR如何成为揭示其奥秘的有力工具。

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对于许多在聚合物领域工作的研究者而言，固态NMR一直是一门高深莫测的技术，虽然知道它能提供关于分子结构和动力学的丰富信息，但实际操作和数据解读往往充满了挑战。因此，当《Multidimensional Solid-State NMR and Polymers》这本书出现在我的视野中时，我内心充满了期待。我尤其关注“多维”这个关键词，它预示着能够超越传统单维谱图的限制，揭示更深层次的分子信息。我希望这本书能够提供一套系统的方法论，指导我如何针对不同类型的聚合物材料，设计合适的多维固态NMR实验，比如如何利用核间耦合、核空间接近性等信息来解析聚合物链的构象、链段的运动模式，甚至是不同聚合物链之间的相互作用。我期待书中能有关于如何分析复杂聚合物体系，如无定形聚合物、液晶聚合物、或嵌段共聚物等的案例，并提供清晰的数据解释和谱图解析指南，帮助我理解这些复杂体系的微观结构和动态行为，从而更好地指导我的实验设计和研究方向。

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作为一个长期在聚合物科学领域摸索的学者，我深知理解材料的结构-性能关系是多么至关重要，而往往在微观层面上，很多细节是难以捉摸的。我的研究方向涉及到聚合物的相分离行为以及不同组分之间的界面性质，这些问题常常是传统分析手段难以深入触及的。当我看到《Multidimensional Solid-State NMR and Polymers》这个书名时，我的第一反应就是：这会不会是解决我当前研究瓶颈的钥匙？我尤其关注“多维”这个关键词，因为它暗示着能够同时考察多个核自旋之间的关联，或者不同原子核在空间上的近邻关系。我猜想，书中会详细介绍如何利用多维NMR技术，比如COSY、NOESY、HSQC、HMBC等在固态NMR中的具体实现和应用，来解析聚合物链的连接方式、链段的运动模式、以及不同聚合物组分在共混体系中的分布情况。我希望这本书能够提供一套系统的、可操作的指南，让我能够根据自己的具体研究问题，选择合适的脉冲序列，设计实验方案，并最终解读出复杂的多维NMR谱图。我期待书中能够有关于如何区分不同聚合物相、如何表征聚合物-填料界面、甚至如何监测聚合物降解过程的案例分析。

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