科学家成功合成超高含能材料金属氮

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记者从中国科学院合肥材料科学研究所了解到，固体物理研究所利用超快速检测方法和极端高温高压实验技术，成功地将普通氮合成为超高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、转化机理和光电特性等关键问题，推动了金属氮的研究。

本项目由固体物理研究所极端环境量子物质中心的研究团队完成，相关研究成果发表在国际权威学术期刊《自然》上。

氮聚合物是五种常规超高能材料之一，其中含有大量可释放的化学能。在极端高温高压条件下，氮分子将经历一系列复杂的结构和性质变化，从而形成聚合氮和金属氮。这两种含氮材料是典型的超高能材料，其能量密度是tnt的十倍以上，具有高能密度、绿色无污染和可回收利用的优点。如果它们能用作载人火箭第一级和第二级推进器的燃料，预计将使火箭的起飞重量增加几倍。

鉴于传统高温高压实验方法和检测方法的局限性，以往的研究仅部分反映了氮气在极端条件下的行为，未能全面揭示氮气从绝缘氮气分子过渡到金属氮气的压力、温度和物理性质的全息相图。

中国科学院课题组在原有金刚石砧装置的基础上，引入脉冲激光加热技术和超快光谱检测方法，构建了一套集高温高压产生和物性测量于一体的原位综合实验系统。研究人员获得了高温高压的极端条件，并在此条件下原位研究了氮分子在转化过程中的光吸收和反射特性，确定了氮分子解离的相界和金属氮合成的极端压力和温度范围。原位光谱分析进一步证实，实验中确实合成了具有半金属性质的聚合氮和具有理想金属性质的“金属氮”。