新型超硬材料鉑族金屬氮化物的晶體結構與性能研究

《新型超硬材料鉑族金屬氮化物的晶體結構與性能研究》是依託吉林大學，由丁戰輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：新型超硬材料鉑族金屬氮化物的晶體結構與性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：丁戰輝
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

新型超硬材料鉑族金屬氮化物的相繼合成，受到高壓科學研究人員的關注。貴金屬氮化物的高壓合成與物性研究已成為當今凝聚態物理的重要前沿課題之一。目前，國際上對貴金屬氮化物的晶體結構和晶胞原子位置還未形成統一認識，對其合成機制和性能研究大多停留在理論探討階段。本項目充分利用大腔體高壓合成的優勢，即合成樣品量較大，便於通過實驗確定樣品的晶體結構與各項物理性質，在合成氮化銥（IrNx）的前期工作基礎上，進一步開發大腔體高壓合成貴金屬氮化物的新途徑。項目以高化學活性的銥（Ir）、鉑（Pt）和釕（Ru）等金屬納米微粉為前驅體，利用非晶BN中的N原子為固態氮源，在壓力10-15GPa和溫度1800-2000K的條件下，通過大腔體高壓裝置合成IrNx、PtNx和RuNx等金屬氮化物,確定其準確晶體結構和晶胞原子位置，並深入研究其物理性能與晶體結構之間的關係，為認識貴金屬氮化物的高壓合成機制與規律奠定實驗基礎。

結題摘要

新型超硬材料鉑族貴金屬氮化物、硼化物的合成、晶體結構與物理性能是目前凝聚態物理研究領域的前沿課題。在國家自然科學基金資助下，本課題組結合機械合金化、真空電弧熔煉和大腔體極端高壓高溫合成方法，完成了一系列過渡族金屬化合物如IrNx、PtNx、RuBx和WBx等化合物的合成、晶體結構和性能表征等研究工作。如在高溫高壓條件下，通過IrCl3和Li3N之間的複分解反應、Ir粉和非晶BN粉的固態反應，成功合成出具有面心立方結構的IrNx晶體；以Pt粉和六方BN粉為原料，合成出面心立方結構的PtNx晶體。結合SEM、TEM、DSC、XPS和Raman光譜等多種測試分析技術，對所合成樣品的形貌、熱穩定性、元素組成和晶體結構對稱性進行了系統研究，並通過改變原料的摩爾配比、合成溫度、合成壓力等條件，研究了N元素含量變化對貴金屬氮化物晶體結構的影響規律。 在成功製備貴金屬氮化物的基礎上，本課題組還開展了合成過渡金屬（如Ru和W）富硼硼化物超硬材料的研究工作。實驗過程中，分別以金屬Ru粉和B粉、W粉和B粉為原料，結合球磨、真空燒結和高溫高壓技術，製備出RuB、 RuB2、 Ru2B3、W2B、δ-WB、ε-W2B5和α-W2B5等金屬硼化物，並系統研究了熱力學合成條件對金屬硼化物晶體結構穩定性的影響規律。感謝國家自然基金對我們的信任與大力支持，使我們的研究能夠順利進行。同時這些實驗成果的獲得，使我們能夠深入認識貴金屬氮化物、硼化物的晶體結構與物理性能的關係，為今後研究其它如Re、Rh、Os和Pd等貴金屬元素氮化物和硼化物新型超硬材料的高溫高壓合成機制奠定了實驗基礎。