合成「金屬氮」能量密度為TNT十倍多

記者從中科院合肥物質科學研究院獲悉，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。相關結果日前發表在國際著名綜合性期刊《自然》子刊上。

全氮材料聚合物被認為是五種常規超高含能材料之一。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，比如分子發生解離進而發生聚合作用形成聚合氮或進一步形成「金屬氮」，這兩種形態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。然而，「金屬氮」並不容易獲得，需要高達百萬大氣壓（GPa）的極端高壓和幾千度的高溫條件。

科研人員以普通氮氣為原材料，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。利用綜合實驗系統，研究人員獲取了高達170GPa、8000K高溫高壓極端條件，並在此條件下原位研究了氮分子在絕緣體—半導體—金屬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」。

該成果不僅能夠對其他形式高能氮材料的合成提供指導，也為未來「金屬氫」的成功合成奠定了重要基礎。

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