脉冲激光加热技术助力超高含能材料金属氮合成

本文摘要：日前，中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所的极端环境量子物质中心科研团队，使用超快观测方法与极端高温高压实验技术，将普通氮气顺利制备为超高含能材料单体氮和金属氮。氮材料聚合物是五种常规超高含能材料之一，蕴藏大量可获释化学能。

日前，中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所的极端环境量子物质中心科研团队，使用超快观测方法与极端高温高压实验技术，将普通氮气顺利制备为超高含能材料单体氮和金属氮。氮材料聚合物是五种常规超高含能材料之一，蕴藏大量可获释化学能。在极端高温高压条件下，氮分子不会再次发生一系列简单的结构和性质变化，从而构成单体氮和金属氮，这两种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，具备含能密度低、绿色无污染和可循环利用等优点，如果能作为燃料应用于载人火箭一、二级推进器，未来将会将目前火箭降落重量提高数倍以上。

传统的高温高压实验方法和观测手段有局限性，中科院科研团队在原先的金刚石对覆以砧装置的基础上，引进了脉冲激光冷却技术和超快光谱观测方法，竣工了集高温高压产生及物性测量的原位综合实验系统。研究人员提供了高温高压极端条件，并在此条件下原位研究了氮分子在改变过程中的光学吸取特性和光线特性，确认了氮分子离解的互为边界及金属氮制备的极端压力温度条件范围，原位光谱分析研究也更进一步证实了实验中显然制备了具备半金属性质的单体氮和具备极致金属特性的“金属氮”。这说明了了金属氮制备的极端条件范围、改变机制和光电特征等关键问题，将金属氮的研究向前前进了一大步。涉及研究成果已公开发表在国际权威学术期刊《大自然》子刊上。

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