記者從中科院合肥物質科學研究院獲悉，該院固體物理研究所科研人員采用超快探測方法與極端高溫高壓實驗技術，以普通氮氣為原材料成功合成了超高含能材料聚合氮和金屬氮，揭示了金屬氮合成的極端條件范圍、轉變機制和光電特征等關鍵問題，將金屬氮的研究向前推進了一大步。相關結果日前發(fā)表在國際著名綜合性期刊《自然》子刊上。

　　全氮材料聚合物被認為是五種常規(guī)超高含能材料之一。在極端高溫高壓條件下，氮分子會發(fā)生一系列復雜的結構和性質變化，比如分子發(fā)生解離進而發(fā)生聚合作用形成聚合氮或進一步形成金屬氮，這兩種形態(tài)的氮材料都是典型的超高含能材料，是目前常用炸藥TNT能量密度的十倍以上，如果能作為燃料應用于載人火箭一、二級推進器，有望將目前火箭起飛重量提升數(shù)倍以上。然而，金屬氮并不容易獲得，需要高達百萬大氣壓(GPa)的極端高壓和幾千度的高溫條件。

　　科研人員引入了脈沖激光加熱技術和超快光譜探測方法，建成了集高溫高壓產(chǎn)生及物性測量的原位綜合實驗系統(tǒng)。利用綜合實驗系統(tǒng)，研究人員獲取了高達170 GPa、8000 K高溫高壓極端條件，并在此條件下原位研究了氮分子在絕緣體-半導體-金屬轉變過程中的光學吸收特性和反射特性，確定了氮分子解離的相邊界及金屬氮合成的極端壓力溫度條件范圍，原位光譜分析研究也進一步證實了實驗中確實合成了具有半金屬性質的聚合氮和具有完美金屬特性的“金屬氮”。

　　該成果不僅能夠對其他形式高能氮材料的合成提供指導，也為未來“金屬氫”的成功合成奠定了重要基礎。