《高壓下二元含氮體系的穩定態的組分、結構及性質研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由張潔擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高壓下二元含氮體系的穩定態的組分、結構及性質研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張潔
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著實驗技術的提高，壓力為新材料的設計與合成提供了有效途徑。自單鍵氮在高溫高壓條件下合成以後，富氮物質也被作為潛在的高能密度材料，並且受到廣泛的關注。為了能在現實中成功套用單鍵氮，本項目將從理論上做出預測，為實驗提供科學依據和理論指導，加速這一目標的實現。我們將從二元含氮化合物中選取研究體系，採用遺傳算法結合第一性原理方法研究物質在高壓下的穩定態的組分、結構相變及性質，主要研究內容包含：（1）高壓下物質的穩定態的組分及結構演化，建立壓力-組分相圖；（2）高壓下材料的性質，包括電子結構、晶格動力學等；（3）揭示壓力、組分對材料物性和N原子排布形式演化的影響。在高壓下，材料內部原子之間的相互作用以及巨觀的性質隨壓力的變化非常複雜，同時常壓下的理論也面臨著嚴峻的挑戰。通過我們的研究有助於認識微觀結構與巨觀物理量的聯繫並揭示其中的物理規律，更高效地進行高能密度材料設計，縮短合成周期。
結題摘要
自從人們在高溫高壓條件下合成cg-N以來，聚合氮便受到人們的關注，主要是由於它蘊含著巨大的能量並且無污染，是潛在的高能密度材料。然而，聚合氮的合成條件及其在常壓下的穩定性受到巨大的挑戰。通過本項目的研究，我們期望降低合成聚合氮的壓力並且改善其穩定性。因此，我們從理論上對含氮化合物在高壓下的行為做了系統的研究，包括：（1）預測了Li2N2在高壓下的結構相變，發現了一種螺旋氮鏈的四方結構，這種新相在40-300 GPa壓力範圍內是動力學穩定的。（2）通過變組分模擬，我們得到了除KN3以外的6種新的穩定態的組分，如：K3N、K3N2、KN、K2N3、KN2和KN5, 其中N原子成鍵形式多樣化，如N2、N3、N5環和N6環。其中含氮量最高的是KN5（含氮量為0.833），其中N原子形成N5環，即使在常壓下，該結構也是動力學穩定的。（3）我們還研究了鹼土金屬氮化物Be-N，在壓力大於60 GPa時，得到了新的富氮組分BeN4，其中N原子形成了無限長的氮鏈。通過我們的研究，說明高壓可以有效調控原子的成鍵方式，並且得到不同於常壓的組分和結構，是合成新材料的重要途徑之一，為實驗合成新型高能密度材料提供了依據。
