Naukowcy zsyntetyzowali sześcienny azot gauche (cg-N) pod ciśnieniem atmosferycznym, potwierdzając jego stabilność do 760 K. To odkrycie oferuje praktyczne podejście do wytwarzania cg-N, co może mieć potencjalne konsekwencje dla materiałów o dużej gęstości energetycznej.
Zespół badawczy kierowany przez prof. Xianlonga Wanga z Instytutów Nauk Fizycznych Hefei wchodzących w skład Chińskiej Akademii Nauk z powodzeniem zsyntetyzował sześcienny azot gauche (cg-N), materiał o wysokiej gęstości energetycznej, pod ciśnieniem atmosferycznym. Osiągnięcie to było możliwe dzięki obróbce azydku potasu (KN3) metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganego plazmą (PECVD).
Wyniki badań opublikowano w Postęp nauki.
Cg-N to czysty materiał azotowy składający się z atomów azotu połączonych pojedynczymi wiązaniami NN, przypominającymi strukturę diamentu. Przyciąga uwagę, ponieważ ma dużą gęstość energii i podczas rozkładu wytwarza wyłącznie azot. Ważnym zagadnieniem jest opracowanie wydajnej i bezpiecznej metody syntezy pod ciśnieniem atmosferycznym.
Podstawy teoretyczne i stabilność powierzchni
Od 2020 r. zespół badawczy wykorzystuje obliczenia oparte na pierwszych zasadach jako teoretyczny przewodnik do symulacji stabilności powierzchni cg-N w różnych stanach nasycenia, ciśnieniach i temperaturach. Wyniki wykazały, że niestabilność powierzchni prowadziła do rozkładu cg-N pod niskim ciśnieniem. Zaproponowali, że nasycenie wiązań zawiesiny powierzchniowej i przeniesienie ładunku może ustabilizować cg-N do 750 K pod ciśnieniem atmosferycznym.
W tym badaniu wybór KN3 charakteryzujący się niższą toksycznością i wybuchowością jako prekursorem, dzięki dużej zdolności potasu do przenoszenia elektronów, zespołowi udało się zsyntetyzować cg-N przy użyciu technologii PECVD bez polegania na efekcie ograniczającym nanorurki węglowe. Pomiary termograwimetryczno-różnicowej kalorymetrii skaningowej (TG-DSC) potwierdziły, że zsyntetyzowany cg-N wykazuje stabilność termiczną do 760 K, po której następuje szybki i intensywny rozkład termiczny.
Zdaniem zespołu badanie zapewnia skuteczny i wygodny sposób syntezy cg-N pod ciśnieniem atmosferycznym, a także nowe pomysły na rozwój przyszłych materiałów o dużej gęstości energetycznej.
Odniesienie: „Wolnostojący sześcienny azot stabilny w temperaturze 760 K pod ciśnieniem otoczenia” autorstwa Yuxuan Xu, Guo Chen, Fei Du, Ming Li, Liangfei Wu, Deyuan Yao, Xiaodong Liu, Junfeng Ding, Zhi Zeng, Ruibin Liu, Haiqing Lin i Xianlong Wang, 27 września 2024 r., Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adq5299
