Att avslöja det dolda: Multiskalig struktur och morfologi i mjuka material med DNP-NMR-spektroskopi

Forskningsprojekt, 2026 – 2030

Ett materials inre struktur påverkar i hög grad dess egenskaper – till exempel hur det deformeras, leder värme, interagerar med vätskor eller förändras vid lagring. I många tekniskt relevanta material, som polymermaterial, geler och biokompositer, samexisterar olika strukturella domäner: oordnade (amorfa), delvis ordnade (semikristallina) och kristallina. Dessa domäner kan ha olika kemisk sammansättning och grad av ordning, och förekommer samtidigt på flera skalor – från molekylnivå upp till mikrometernivå. Att karaktärisera deras förekomst, storlek och inbördes relationer är avgörande för att förstå hur struktur ger upphov till funktion. Ändå saknas idag metoder som kan ge en sammanhängande och kemiskt specifik bild av dessa strukturer – särskilt när de är små, oregelbundet fördelade eller dolda i oordnade material.Projektet syftar till att vidareutveckla fastfas-NMR-spektroskopi – en metod som använder magnetfält och radiovågor för att avslöja hur atomer är bundna och organiserade i fasta ämnen. Genom att använda dynamisk kärnpolarisering (DNP) förstärks signalerna så kraftigt att även mycket små och tidigare svårupptäckta strukturer kan analyseras. Metoden kan i samma experiment visa vilka molekyler som finns var, hur ordnade de är, hur stort avståndet mellan dem är, och hur stora och väldefinierade deras domäner är. Det gör tekniken särskilt lämpad för material där både kemisk sammansättning och strukturell variation är komplex.Forskningen kombinerar metodutveckling med tillämpningar på såväl definierade referensmaterial som industriellt relevanta system. Resultaten kommer att användas för att bygga modeller som förklarar hur inre organisation påverkar tekniska egenskaper. Särskilt fokus ligger på material där små mängder kristallinitet påverkar mekanik, vattenupptag eller stabilitet – till exempel biobaserade filmer, läkemedelsformuleringar eller polymermaterial för barriärtillämpningar.