中国科学家成功合成超高含能材料金属氮

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新华社7月12日电中国科学院合肥材料科学研究所获悉，该研究所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。