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“外专千人计划”专家亚历山大·冈察洛夫团队成功合成超高含能材料金属氮

来源:安徽日报 作者:汪永安 2018-07-12 14:24:40
内容摘要: 亚历山大·冈察洛夫带领的科研团队采用超快探测方法与极端高温高压实验技术,以普通氮气为原材料成功合成了超高含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、转变机制和光电特征等关键问题,将金属氮的研究向前推进了一大步。

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冈察洛夫研究员与博士后研究人员一起正在开展高压下激光加热实验

日前,中科院固体物理研究所在合成超高含能材料金属氮方面取得重大突破。特聘研究员亚历山大·冈察洛夫带领的科研团队采用超快探测方法与极端高温高压实验技术,以普通氮气为原材料成功合成了超高含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、转变机制和光电特征等关键问题,将金属氮的研究向前推进了一大步。相关结果发表在国际著名综合性期刊《自然》子刊上。

氮气占大气总量的78%。通常情况下氮气以无色无味的双原子气体分子形式存在,然而在极端高温高压条件下,氮分子会发生一系列复杂的结构和性质变化,比如分子发生解离进而发生聚合作用形成聚合氮或进一步形成金属氮,这两种形态的氮材料都是典型的超高含能材料,是目前常用炸药TNT能量密度的十倍以上,具有含能密度高、绿色无污染和可循环利用等种种优点,如果能作为燃料应用于载人火箭一、二级推进器,有望将目前火箭起飞重量提升数倍以上。其原子形态“金属氮”的成功合成,更能够为“金属氢”的实现提供重要参考。然而,金属氮并不容易获得,需要高达百万大气压的极端高压和几千度的高温条件。

亚历山大团队在原有的金刚石对顶砧装置的基础上,引入了脉冲激光加热技术和超快光谱探测方法,建成了集高温高压产生及物性测量的原位综合实验系统。研究人员获取了高达170GPa、8000K高温高压极端条件,并在此条件下原位研究了氮分子在绝缘体-半导体-金属转变过程中的光学吸收特性和反射特性,确定了氮分子解离的相边界及金属氮合成的极端压力温度条件范围(125GPa-2500K以上),原位光谱分析研究也进一步证实了实验中确实合成了具有半金属性质的聚合氮和具有完美金属特性的“金属氮”。极端高温高压条件下聚合氮和金属氮的合成,不仅能够对其他形式高能氮材料的合成提供指导,也为未来“金属氢”的成功合成奠定了重要基础。

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