中國科學家成功合成超高含能材料金屬氮

記者從中科院合肥物質科學研究院了解到，該院固體物理研究所採用超快探測方法與極端高溫高壓實驗技術，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範圍、轉變機制和光電特徵等關鍵問題，將金屬氮的研究向前推進了一大步。

該項目由固體物理研究所的極端環境量子物質中心科研團隊完成，相關研究成果發表在國際權威學術期刊《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能。在極端高溫高壓條件下，氮分子會發生一系列複雜的結構和性質變化，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、綠色無污染和可循環利用等優點，如果能作為燃料應用於載人火箭一、二級推進器，有望將目前火箭起飛重量提升數倍以上。

鑒於傳統的高溫高壓實驗方法和探測手段的局限性，此前的研究僅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，引入了脈衝激光加熱技術和超快光譜探測方法，建成了集高溫高壓產生及物性測量的原位綜合實驗系統。研究人員獲取了高溫高壓極端條件，並在此條件下原位研究了氮分子在轉變過程中的光學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範圍，原位光譜分析研究也進一步證實了實驗中確實合成了具有半金屬性質的聚合氮和具有完美金屬特性的「金屬氮」。

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