Вчені синтезували алмазоподібну структуру азоту

Вчені синтезували кубічний гетерогенний азот (cg-N) за атмосферного тиску, підтвердивши його стабільність до 760 К. Ця розробка пропонує практичний підхід до виробництва cg-N, що має потенційне значення для створення матеріалів з високою енергетичною щільністю.

Дослідницька група під керівництвом професора Сяньлун Вана з Інституту фізичних наук Хефея, що входить до складу Китайської академії наук, успішно синтезувала кубічний гетерогенний азот (cg-N), матеріал з високою енергетичною щільністю, при атмосферному тиску. Це досягнення стало можливим завдяки обробці азиду калію (KN3) методом плазмового хімічного осадження з газової фази (PECVD).

Результати дослідження були опубліковані в журналі Science Advances.

Cg-N — це чистий азотний матеріал, що складається з атомів азоту, з’єднаних одинарними зв’язками N-N, що нагадує структуру алмазу. Він привертає увагу тим, що має високу енергетичну щільність і при розкладанні утворює лише газоподібний азот. Розробка ефективного та безпечного методу синтезу за атмосферного тиску є актуальною проблемою.

Теоретичні основи та стабільність поверхні

З 2020 року дослідницька група використовує розрахунки з перших принципів як теоретичне керівництво для моделювання стабільності поверхні cg-N за різних насичених станів, тисків і температур. Результати показали, що нестабільність поверхні призводить до розкладання cg-N при низьких тисках. Вони припустили, що насичення поверхневих суспензійних зв’язків і перенесення заряду може стабілізувати cg-N до 750 K при атмосферному тиску.

У цьому дослідженні, обравши KN3 з меншою токсичністю і вибухонебезпечністю як прекурсор, завдяки сильній здатності калію до перенесення електронів, команда успішно синтезувала cg-N за допомогою технології PECVD, не покладаючись на обмежуючий ефект вуглецевих нанотрубок. Вимірювання методом термогравіметричної диференціальної скануючої калориметрії (TG-DSC) підтвердили, що синтезований cg-N демонструє термічну стабільність до 760 K з подальшим швидким та інтенсивним термічним розкладанням.

За словами команди, дослідження забезпечує ефективний і зручний спосіб синтезу cg-N при атмосферному тиску, а також нові ідеї для розробки майбутніх матеріалів з високою густиною енергії.