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我科学家成功合成“金属氮”,能量密度为TNT十倍以上!
李明 2018-07-09
导语

该成果不仅能够对其他形式高能氮材料的合成提供指导,也为未来“金属氢”的成功合成奠定了重要基础。

中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所科研人员采用超快探测方法与极端高温高压实验技术,以普通氮气为原材料成功合成了超高含能材料聚合氮和金属氮,揭示了金属氮合成的极端条件范围、转变机制和光电特征等关键问题,将金属氮的研究向前推进了一大步。相关结果日前发表在国际著名综合性期刊 《自然》子刊上。

全氮材料聚合物被认为是五种常规超高含能材料之一。在极端高温高压条件下,氮分子会发生一系列复杂的结构和性质变化,比如分子发生解离进而发生聚合作用形成聚合氮或进一步形成金属氮,这两种形态的氮材料都是典型的超高含能材料,是目前常用炸药TNT能量密度的十倍以上,如果能作为燃料应用于载人火箭一、二 级推进器,有望将目前火箭起飞重量提升数倍以上。然而,金属氮并不容易获得,需要高达百万大气压(GPa)的极端高压和几千度的高温条件。

科研人员引入了脉冲激光加热技术和超快光谱探测方法,建成了集高温高压产生及物性测量的原位综合实验系统。利用综合实验系统,研究人员获取了高达170GPa、8000 K高温高压极端条件,并在此条件下原位研究了氮分子在绝缘体-半导体-金属转变过程中的光学吸收特性和反射特性,确定了氮分子解离的相边界及金属氮合成的极端压力温度条件范围,原位光谱分析研究也进一步证实了实验中确实合成了具有半金属性质的聚合氮和具有完美金属特性的“金属氮”。

图1. 实验中确定的流体聚合氮和金属氮的合成温度-压力相图

该成果不仅能够对其他形式高能氮材料的合成提供指导,也为未来“金属氢”的成功合成奠定了重要基础。

论文链接:

Shuqing Jiang, et al, "Metallization and molecular dissociation of dense fluid nitrogen," Nature Communications, volume 9, Article number: 2624(2018)

(信息来源:科技日报,记者:吴长锋)

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  • 高能氮材料
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作者 李明

博士生

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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