貴金屬氮化物的製備與高壓研究

《貴金屬氮化物的製備與高壓研究》是依託吉林大學，由崔啟良擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：貴金屬氮化物的製備與高壓研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：崔啟良
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

新近在高溫高壓下人工合成的貴金屬氮化物不僅具有很高的硬度，而且可能在電子學和磁學上有獨特的性質，具有重要的理論研究意義和潛在套用前景，已成為當今重要的科學前沿課題之一。但目前在貴金屬氮化物的合成機制、晶體結構、氮原子的價態和物理性質等方面還存在很大爭議，研究主要集中在理論探討，缺少更多的實驗驗證。本項目擬在多年氮化物製備研究的基礎上，採用直流電弧電漿方法進行貴金屬氮化物的製備研究，建立具有自主智慧財產權的非高壓條件製備貴金屬氮化物的新途徑。並利用原位高溫高壓金剛石壓砧超高壓技術，研究貴金屬氮化物在高溫高壓等極端條件下的結構、光學和電學等性質的變化規律。通過對它們在極端條件下所獲得的新結構、新現象、新規律，探索其巨觀性質的變化與其微觀結構之間的內在關係，加深對貴金屬氮化物的生長機制和晶體結構等方面的認識，為驗證各種理論研究預言，發掘這些貴金屬氮化物的新性質和新套用，提供重要的實驗數據。

結題摘要

隨著現代製造業和高科技領域的迅速發展和需求，尋找除金剛石和立方氮化硼以外的新型超硬材料已成為科技界的共識。新近合成出的PtN等新型貴金屬氮化物開拓了材料科學和凝聚態物理科學研究領域新的研究方向。但新型貴金屬氮化物的研究還主要集中在理論計算階段，實驗研究很少，特別是還沒有關於非高溫高壓方法合成貴金屬氮化物的報導。因此，本項目希望在多年製備III族氮化物奇異低維納米結構的成熟經驗與高壓物性研究的基礎上，提出採用直流電弧電漿實驗技術進行貴金屬氮化物的製備研究，探索建立非高壓方法製備貴金屬氮化物的新途徑。 探索利用直流電弧電漿實驗系統進行貴金屬氮化物製備的新方法；給出製備不同貴金屬氮化物的最佳製備工藝條件；採用多種現代分析測試手段，對製備出的不同貴金屬氮化物進行晶體結構和形貌等物性方面的測試與表征；進行不同貴金屬氮化物的合成機制的研究，探索N含量變化對合成貴金屬氮化物的晶體結構等方面的影響規律；對製備出的不同貴金屬氮化物進行原位高壓研究，探索高壓下其巨觀性質的變化與其微觀結構之間的內在關係。 利用直流電弧電漿實驗系統，採用多種初始原料和氮源，製備出PdN、IrN和PtN超細粉，並對它們進行了多種物性表征。獲得了多種貴金屬氮化物最優製備條件（N含量和電流），建立了非高壓條件下製備貴金屬氮化物的新方法。此外，利用雷射加溫金剛石壓砧實驗技術、六面頂壓機和六八面體超高壓實驗裝置，在較低的壓力溫度範圍內進行了貴金屬氮化物合成研究。利用高純Pt納米顆粒為前驅物，在遠低於此前報導PtN的製備溫壓條件（25 GPa、1800 K）下製備出PtN。 利用直流電弧電漿實驗系統，在氮氣40kPa電流80A、氮氣50kPa電流70A、氮氣70kPa電流100A三種實驗條件下分別成功製備出PdN、IrN、PtN超細粉，並對產物進行了拉曼光譜和能譜的測量與表征。多種貴金屬氮化物最優製備條件（N含量和電流）的發現，對繼續研究新型貴金屬氮化物的成核速率、形貌性質和晶體結構等具有重要的指導意義，為非高壓條件下製備貴金屬氮化物的研究開闢了新思路。此外，利用高純Pt納米顆粒為前驅物，結合雷射加溫金剛石壓砧實驗技術在25 GPa、1800 K條件下製備出PtN，尋找到大幅降低製備貴金屬氮化物的溫壓條件的新途徑。