合成“金屬氮”能量密度為TNT十倍

從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院固體物理研究所科研人員成功合成了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(zhuǎn)變機(jī)制和光電特征等關(guān)鍵問題，將“金屬氮”的研究向前推進(jìn)了一大步。相關(guān)結(jié)果日前發(fā)表在國(guó)際著名綜合性期刊《自然》子刊上。

　　全氮材料聚合物被認(rèn)為是五種常規(guī)超高含能材料之一。在極端高溫高壓條件下，氮分子會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化，比如分子發(fā)生解離進(jìn)而發(fā)生聚合作用形成聚合氮或進(jìn)一步形成“金屬氮”，這兩種形態(tài)的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，如果能作為燃料應(yīng)用于載人火箭一、二級(jí)推進(jìn)器，有望將目前火箭起飛重量提升數(shù)倍以上。然而，“金屬氮”并不容易獲得，需要高達(dá)百萬(wàn)大氣壓(GPa)的極端高壓和幾千度的高溫條件。

　　科研人員以普通氮?dú)鉃樵牧?，引入了脈沖激光加熱技術(shù)和超快光譜探測(cè)方法，建成了集高溫高壓產(chǎn)生及物性測(cè)量的原位綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。利用綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究人員獲取了高達(dá)170GPa、8000K高溫高壓極端條件，并在此條件下原位研究了氮分子在絕緣體—半導(dǎo)體—金屬轉(zhuǎn)變過程中的光學(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(yàn)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”。

　　該成果不僅能夠?qū)ζ渌问礁吣艿牧系暮铣商峁┲笇?dǎo)，也為未來(lái)“金屬氫”的成功合成奠定了重要基礎(chǔ)。