固体所采用一步法合成高产量立方偏转聚合氮含能材料
- 2025/1/6 9:44:50 2496
- 来源：中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所
【仪表网 研发快讯】近日，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所王贤龙研究员开发出不依赖等离子体增强方法的一步加热合成技术，在克量级原材料上实现了产率最高的cg-N合成，是当前最便捷且最高效的合成技术。相关成果发表在Chinese Physics B (Rapid communication)上，并申请了发明专利。
氮氮单键和氮氮三键之间的巨大能量差异，使得完全由氮氮单键构成、具有类金刚石结构的cg-N含有很高的能量，且其释能之后的产物是无毒无害的氮气，因而成为新型高能量密度材料的典型代表之一。早期cg-N样品的合成主要是依赖高温高压技术或者等离子体增强CVD和纳米限域相结合的方法，存在样品稳定性差、合成产量低等问题，同时还缺乏对cg-N结构、热分解、爆轰性能等关键物性的表征和系统研究，制约了其实际应用。
王贤龙研究员团队长期从事高含能立方偏转聚合氮(cg-N)的理论和实验研究，一直在寻求更为简单和高效的cg-N合成方法。近年来，团队揭示出低压下cg-N的失稳机制源自表面分解，提出了通过电负性较弱的钾元素吸附来增强其表面稳定性的技术方案(Chin. Phys. Lett. (Express Letter) 40,086102 (2023))。在此基础上筛选出更安全且成本更低的叠氮化钾作为优质的前驱体，利用自主研建的等离子体增强CVD装置，在常压且不借助纳米限域效应的条件下成功合成了cg-N，样品可以保存2个月以上(Sci. Adv. 10, eadq5299(2024))。
基于此，团队近日又成功发展出仅需一步热处理就能合成常温常压下稳定cg-N的新技术，并在克量级的原材料上实现了cg-N的高效合成。此外，气相色谱定性分析结果发现产物与水反应，产生了氢气，表明在cg-N生成的过程中有钾单质析出，提高了cg-N的稳定性，这与团队前期的理论计算结果相符。该方法是目前合成cg-N最为便捷的，且产率最高的合成路线，有望实现聚合氮材料的产业化应用。
上述研究得到了合肥物质院院长基金的支持。
图. 一步加热法合成立方偏转聚合氮的技术路线与拉曼光谱和热重分析表征结果。
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