從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院了解到,該院固體物理研究所采用超快探測方法與極端高溫高壓實(shí)驗技術(shù),將普通氮氣成功合成為超高含能材料聚合氮和金屬氮,揭示了金屬氮合成的極端條件范圍、轉變機制和光電特征等關(guān)鍵問(wèn)題,將金屬氮的研究向前推進(jìn)了一大步。
該項目由固體物理研究所的極端環(huán)境量子物質(zhì)中心科研團隊完成,相關(guān)研究成果發(fā)表在國際權威學(xué)術(shù)期刊《自然》子刊上。
氮材料聚合物是五種常規超高含能材料之一,蘊含大量可釋放化學(xué)能。在極端高溫高壓條件下,氮分子會(huì )發(fā)生一系列復雜的結構和性質(zhì)變化,從而形成聚合氮和金屬氮,這兩種氮材料都是典型的超高含能材料,是目前常用炸藥TNT能量密度的十倍以上,具有含能密度高、綠色無(wú)污染和可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn),如果能作為燃料應用于載人火箭一、二級推進(jìn)器,有望將目前火箭起飛重量提升數倍以上。
鑒于傳統的高溫高壓實(shí)驗方法和探測手段的局限性,此前的研究?jì)H僅部分地反映了氮在極端條件下的行為,未能全面揭示由絕緣態(tài)的氮分子向金屬氮轉變的壓力、溫度和物性的全息相圖。
中科院科研團隊在原有的金剛石對頂砧裝置的基礎上,引入了脈沖激光加熱技術(shù)和超快光譜探測方法,建成了集高溫高壓產(chǎn)生及物性測量的原位綜合實(shí)驗系統。研究人員獲取了高溫高壓極端條件,并在此條件下原位研究了氮分子在轉變過(guò)程中的光學(xué)吸收特性和反射特性,確定了氮分子解離的相邊界及金屬氮合成的極端壓力溫度條件范圍,原位光譜分析研究也進(jìn)一步證實(shí)了實(shí)驗中確實(shí)合成了具有半金屬性質(zhì)的聚合氮和具有完美金屬特性的“金屬氮”。
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