中国科学家成功合成超高含能材料金属氮

新华社合肥7月12日电(记者杨定淼、王海岳)记者从中国科学院合肥材料科学研究所获悉，该所固体物理研究所利用超快速检测方法和超高温高压实验技术，成功地将普通氮合成为高分子氮和金属氮，揭示了金属氮合成的极端条件范围、转化机理和光电特性等关键问题，推动了金属氮的研究。

该项目由固态物理研究所极端环境量子物质中心的研究团队完成。相关的研究结果发表在国际权威学术期刊《自然》的子期刊上。

氮聚合物是五种常规超高能材料之一，其中含有大量可释放的化学能。在极高的温度和高压条件下，氮分子将经历一系列复杂的结构和性质变化，从而形成聚合氮和金属氮。这两种氮材料是典型的超高能含氮材料，其能量密度是梯恩梯的十倍以上，具有含能密度高、绿色无污染和可回收利用的优点。如果它们能用作载人火箭的一级和二级推进剂的燃料，预计会使目前火箭的起飞重量增加几倍或更多。

由于传统高温高压实验方法和检测方法的局限性，以往的研究仅部分反映了氮气在极端条件下的行为，未能全面揭示氮气分子从绝缘态向金属态转变的压力、温度和物理性质的全息相图。

中国科学院科研团队在原有金刚石砧座的基础上，引入脉冲激光加热技术和超快光谱检测方法，构建了一个集高温高压产生和物性测量于一体的原位综合实验系统。研究人员已经获得了高温高压的极端条件。在这些条件下，他们原位研究了氮分子在转化过程中的光学吸收和反射特性，确定了氮分子解离的相界和金属氮合成的极端压力和温度条件范围。原位光谱分析进一步证实，在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性质的“金属氮”。