实验室开放课题-碱金属叠氮化物高压下的离子导电行为研究获重要进展-超硬材料国家重点实验室

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实验室开放课题-碱金属叠氮化物高压下的离子导电行为研究获重要进展

信息来源:本站 发布时间:2018-06-22

单键态聚合氮因其能量密度是传统高能材料的三倍,且其分解产物无环境污染,成为含能领域的研究热点。由于把纯氮中的NºN三键压致成单键需要很高的压强和温度,而且在超高压下合成的聚合氮不容易截获保留到低压下,完全从纯氮出发获取聚合氮并应用到实际中存在很大的困难。而叠氮化物中的N=N双键键能远小于氮气分子中的NN三键键能,因此在碱金属叠氮化物中寻求聚合氮成为近年来高压领域的研究热点。

已有的研究结果表明,碱金属叠氮化物高压下发生的多次结构转变均伴随着电子传导特性的改变,但在聚合相及高压结构的导电特性上存在很大的差异,且对电输运行为的研究只集中在电子传导而忽略了离子传导。作为典型的离子型化合物,碱金属叠氮化物中是否存在离子传导过程?压致新结构是否存在离子导电行为?具体到微观尺度,驱动力如何作用于载流子、载流子浓度梯度和电场梯度在空间分布的非线性和受结构因素的制约、以及离子的传输路径、在更高压力下,碱金属叠氮化物中的导电行为如何演化及其对聚合氮形成过程的影响等,都使问题更为复杂。

实验室开放课题资助的聊城大学王庆林与本实验室高春晓教授课题组合作,基于近期发展的高压原位离子导电测量技术,结合第一性原理计算,系统研究了叠氮化钠(NaN3)高压下的载流子输运行为。结果表明,在实验压力范围内NaN3均表现出明显的离子导电特性,其过程主要包括离子传输及Warburg扩散。aγ结构的离子迁移过程为direct-hopping机制,离子hopping能垒取决于N3- 离子间的相互作用。离子电导率一方面与离子迁移通道及能垒有关,另一方面,高压下同时受晶界空间电荷势的影响。高压下,由于应力能的存在,晶界空间电荷势主要源自离子间的弹性相互作用。这一研究结果有助于更好地理解碱金属叠氮化物高压下的导电机理,并为此类化合物及其他高能密度聚氮物中聚合氮的研究开辟了新领域。该研究成果发表在Applied Physics Letters, 112, 173903 (2018),并被选为Editor’s Pick

文章链接:https://doi.org/10.1063/1.5028468