中国科学家成功合成立方偏转聚合氮，高能量密度材料研究取得重要突破
中国科学家成功合成立方偏转聚合氮，高能量密度材料研究取得重要突破
近日，中国科学院合肥物质科学研究院王贤龙研究员和团队成功合成立方偏转聚合氮（cg-N），这一突破为高能量密度材料的发展开辟了新途径。
图 | 王贤龙（来源：王贤龙）
研究团队采用含钾元素的叠氮化钾作为原材料，通过等离子增强化学气相沉积方法成功制备立方偏转聚合氮。所合成样品具有488℃的热分解温度，与理论预测值477℃高度吻合。在488℃下，样品热分解时呈现出尖锐的分解放热峰，展现出高能量密度材料的典型热分解特征。激光等离子驱动微爆法测试表明，样品爆速显著提高，且可在常压条件下保存2个月以上。
（来源：Science Advances）
作为一种新型环保型高能量密度材料，立方偏转聚合氮在多个领域展现出广阔应用前景。在建筑或山体爆破工程中，它可以替代传统炸药，提供更高的爆破效率和更低的环境污染。在航空航天领域，立方偏转聚合氮可作为航天器推进剂，在有限空间内储存更多能量，减轻航天器整体重量，提升性能。
（来源：Science Advances）
研究背景与突破
高能量密度材料是一类能在短时间内释放大量能量的材料，在军事、航天和矿业等领域有着广泛应用。全氮含能材料，特别是具有类金刚石结构的立方偏转聚合氮，因其极高的能量密度和环境友好特性而备受关注。
此前，关于立方偏转聚合氮的合成研究主要集中在高压合成领域，但高压合成需要极高压力，且合成的聚合氮无法在常压条件下保存。2017年，有学者采用等离子化学气相沉积方法合成了痕量级的立方偏转聚合氮，但仍需通过碳纳米管限域效应提升转换率。
研究创新与突破
王贤龙团队通过第一性原理计算，揭示了立方偏转聚合氮在降压时的失稳机制，并提出通过饱和表面悬挂键并转移电荷的方法来提升其稳定性。他们发现，使用含钾元素的前驱体可以更有效地增强立方偏转聚合氮的稳定性。这一突破性成果发表在《Science Advances》上，论文题为《环境压力下可稳定存在至760K的无束缚立方偏转聚合氮》。
（来源：Science Advances）
未来展望
研究团队将继续优化立方偏转聚合氮的合成方案，提升其环境稳定性，并进行一系列安定性测试，以全面掌握其物理性能和化学性能，推动实际应用进程。同时，他们计划采用AI技术指导立方偏转聚合氮合成的相关研究，进一步提升研究效率和精度。
这一突破性成果不仅展示了中国在高能量密度材料领域的科技创新能力，也为相关领域的未来发展提供了新的思路和方向。
本文原文来自腾讯新闻