聚合氮的研究进展

全氮化合物是推进剂和炸药等高能密度材料(HEDM)有应用前景的候选物。在全氮化合物中,聚合氮特别是立方偏转结构聚合氮(cg-N)的能量最高,理论计算显示cg-N的密度为3.9 g·cm-3,比冲为500 s,爆压是HMX的十倍有余。cg-N已于2004年通过在金刚石对顶砧中在2000 K高温、140 GPa高压下压缩氮气实验制得,但是在常温常压下还无法稳定保存;如果在常温环境下能够得到稳定的聚合氮,这将是含能材料领域的一次里程牌式的飞跃。本文就这种立方偏转晶体结构的聚合氮和之前发现的无定形聚合氮进行了综述,并详细地阐述了以N2/H2(2/1,体积比)混合物在室温下约85 GPa条件下制得的N2/H2聚合氮合金的性质。

聚合氮的超高压制备及性能计算

为了阐明聚合氮的形成、分解及性能,利用金刚石对顶砧研究了氮气的高压相变行为,在高温高压条件下制备了立方偏转聚合氮(cg-N),完成了结构表征及卸压研究,计算了cg-N在不同压力下的能量性能。结果表明,氮气在升压过程经历了5个相态4个相变点,分别是β-N_(2)相、δ-N_(2)相、ε-N_(2)相、ζ-N_(2)相和η-N_(2)相;其中η-N_(2)相为cg-N的前体,在131.6GPa对其进行激光加热得到了cg-N;cg-N卸压过程中发生了1次相变,其分解压力为33.8GPa;cg-N的晶体结构属于I 213点群,0GPa下的理论密度高达3.398g/cm^(3),爆热为9.58kJ/g,爆速为16.43km/s、爆压为176.45GPa。