近日偷拍 英文，中国科学院合肥物资科学盘问院王贤龙盘问员和团队，告捷合成一种立方偏转团聚氮。
所合成样品具有 488℃ 的热办法温度，与 477℃ 的表面臆测值相吻合。在 488℃ 的温度之下，样品在热办法时呈现出粗暴的分自若热峰，并发达出高能量密度材料的典型热办法特征。
激光等离子驱动微爆法测试标明样品爆速有了显耀提高，且样品不错保存 2 个月以上。
同期，本次发展的合成要害具有先行者体更安全、更低廉等上风，因此具备罢了宏量制备的后劲，大要推动立方偏转团聚氮的基础盘问和欺诈盘问，也能为高能量密度材料范畴的发展带来一定启发。
图 | 王贤龙（开头：王贤龙）
盘问东说念主员默示，四肢一种新的环保型高能量密度材料，立方偏转团聚氮将在民用爆破、航空航天等范畴走漏欺诈。
举例：
在建筑或山体爆破工程中，立方偏转团聚氮不错替代传统火药，提供更高的爆破效用和低环境耻辱的优点。
在航空航天范畴，立方偏转团聚氮不错四肢航天器的鼓动剂，从而在有限空间内储存更多能量，并能收缩航天器的合座分量，最终提高航天器的性能。
全氮含能材料：一种新兴的高能量密度材料
高能量密度材料，是一类能在短时期内开释大批能量的材料，在军事、航天和矿业等范畴有着鄙俚欺诈。
基于化学合成的要害，自 1863 年三硝基甲苯被发明以来，高能量密度材料的发展经验了以三硝基甲苯、黑索金、奥克托今等为代表的多个发展阶段。
而跟着联系范畴的发展，蹙迫需要性能更优的高能量密度材料。
全氮含能材料，是一种新兴的高能量密度材料，在连年来受到了鄙俚关怀。在全氮含能材料的化学结构中，氮原子与氮原子之间依靠氮氮单键联接而成。
由于氮氮单键和氮氮三键之间存在精深能量相反，使得全氮含能材料具有极高的能量密度。
此外，当全氮含能材料的能量被开释之后，所生成的产品是具有氮氮三键的氮气，具有对环境友好的特点。
其中，由氮氮单键构成的具有类金刚石结构的立方偏转团聚氮（cg-N，cubic gauche nitrogen）是新式高能量密度材料的典型代表之一。
此前，对于立方偏转团聚氮合成的盘问，大多集结在高压合成范畴。可是，高压合成所需要的压力极高，何况所合成的团聚氮无法保存在常压条目之下。
2017 年，曾有学者聘用等离子化学气相千里积要害，以剧毒和高感的叠氮化钠为原材料，合成了痕量级的立方偏转团聚氮。但是，依然需要通过碳纳米管限域效应来擢升调度率。
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盘问“诀要”：使用含有钾元素的先行者体
连年来，王贤龙团队聚焦于回报高压合成的立方偏转团聚氮在降压时的失稳机制，同期悉力于于发展更安全、更高效且适用于宏量制备立方偏转团聚氮的要害。
基于第一性旨趣的要害，他们曾模拟了立方偏转团聚氮名义在不同足够现象、以及在不同压力条目下和不同温度条目下的牢固性。
借此回报：立方偏转团聚氮在压力裁减时的失稳机制，是由于名义失稳的原因。
基于此，课题组建议一种通过足够名义吊挂键并振荡电荷的要害，从而能在常压之下将立方偏转团聚氮牢固至 477℃[1]。
2020 年之前，该团队一直悉力于于通过第一性旨趣要害，来盘问高压下可能存在的氮基高含能材料，同期基于金刚石对顶砧高压安装和激光加热要害来在高温高压下合成氮基高含能材料。
那时，课题组在高压推行室里已能基于金刚石对顶砧安装，在高温下和高压下合配置方偏转团聚氮。
但和那时宽阔高压合成恶果同样的是：他们也无法将高压合成的氮基高含能材料保存到常压，样品老是在压力裁减到简短 40GPa 的时候运行办法。
2020 年之后，他们运行要点盘问立方偏转团聚氮牢固性，以及探索新的合成路线，但愿大要处罚以下两个要害问题：
其一，立方偏转团聚氮降压时的失稳机制和发展更安全高效并适用于宏量制备立方偏转团聚氮的要害，并基于第一性旨趣盘算来回报高压下合成的立方偏转团聚氮在压力裁减时的办法原因。
其二，通过等离子增强化学气相千里积要害，寻找在常压下制备立方偏转团聚氮的更安全、更高效的要害。
盘问东说念主员默示：“基于第一性旨趣要害的盘算材料物理盘问，是咱们团队十分擅长的地点。咱们团队所在的盘问部门从 20 世纪 80 年代初就还是运行盘问这块，故在盘算材料物理范畴有很好的积蓄和传承。”
但是，在等离子增强化学气相千里积的推行上，该团队坦言他们真的莫得任何告戒。
为了制定更好的等离子增强化学气相千里积决策、以及设想性能更优的安装，他们在调研大批文件的同期，也屡次到中国科学时期大学等单元学习，并屡次和开拓坐蓐厂家疏导设想决策。
通过此他们研建出一款开拓，并运行通过纳米管限域的路线来提高立方偏转团聚氮的产率。
可是，尽管他们尝试了多种处理神志和不同类型的纳米管，比如曾尝试过碳纳米管和二氧化钛纳米管等，但却长久没能得回具备宏量制备后劲的合成神志。
让立方偏转团聚氮在常压下牢固至 477℃
好在更变终于驾临：通过表面盘算的要害，课题组在立方偏转团聚氮牢固性盘问上取得了一定残害。
并通过第一性旨趣模拟发现：在低压条目之下，立方偏转团聚氮之是以失稳，是由其名义办法所导致的。
要是在足够名义吊挂键的同期，还能向其名义振荡电子，就能让立方偏转团聚氮在常压下牢固至 477℃。
在这一表面盘算收尾的启发之下该团队作念出如下设思：在碱金属族元素中，比较于钠和锂这两种元素，钾具有更小的电负性。
那么，使用含有钾元素的先行者体，能否在足够立方偏转团聚氮名义吊挂键的同期，向其名义振荡更多的电子，从而增强立方偏转团聚氮的牢固性？
通过进一步的第一性旨趣盘算模拟他们发现：比较于钠足够，钾足够更能促进立方偏转团聚氮的名义牢固性，这也让上述假定得到了考证。
于是，他们聘用含钾元素的叠氮化钾四肢原材料，并聘用等离子增强化学气相千里积的要害来制备立方偏转团聚氮。
很快，他们就得回了塌实的光谱谱根据，这诠释他们告捷合成了立方偏转团聚氮。
接着，通过热办法性质测试和激光等离子驱动微爆法，课题组对其热办法等性质加以表征，从而完成了本次恶果。
日前，联系论文以《环境压力下可牢固存在至 760K 的无拘谨立方偏转团聚氮》（Free-standing cubic gauche nitrogen stable at 760 K under ambient pressure）为题发在 Science Advances（11.7）。Yuxuan Xu 是第一作家，王贤龙担任通信作家 [2]。
图 | 联系论文（开头：Science Advances）
同期，后续等表面数据和推行数据积蓄到一定程度之后，他们将尝试聘用 AI 时期来指引立方偏转团聚氮合成的联系盘问。
而在此前盘问之中，他们曾使用机器学习的要害来处罚强关联体系上钩算 Hubbard U 值的问题，所开发的软件已于 2023 年底得回软件文章权，并已用于过渡金属氧化物高压下的结构搜索。现在，他们正尝试将该时期用于高含能过渡金属氮化物的盘问中。
而基于本次盘问，下一步该团队将不息基于第一性旨趣模拟要害和等离子增强化学气相千里积要害，优化立方偏转团聚氮的合成决策，进一步擢升立方偏转团聚氮偏激环境牢固性等。
并将进行一系列的耐心肠等测试，以便全面掌执其物感性能和化学性能，进而鼓动本色欺诈的程度。
参考贵府：
1.Chin. Phys. Lett.(Express Letter)40， 086102(2023)
2.Xu， Y.， Chen， G.， Du， F.， Li， M.， Wu， L.， Yao， D.， ... & Wang， X. (2024). Free-standing cubic gauche nitrogen stable at 760 K under ambient pressure.Science Advances， 10(39)， eadq5299.
排版：溪树偷拍 英文