一种限域高密度无水碱金属聚合氮NaN5的高温高压制备和常压截获方法技术

本发明专利技术涉及高能量密度材料制备的技术领域，提供了一种限域高密度无水碱金属聚合氮NaN

A method of high temperature and high pressure preparation and atmospheric pressure interception of high density non water alkali metal polymerized nitrogen nan5

【技术实现步骤摘要】
一种限域高密度无水碱金属聚合氮NaN5的高温高压制备和常压截获方法
本专利技术涉及高能量密度材料制备的
，尤其涉及一种限域高密度无水碱金属聚合氮NaN5的高温高压制备和常压截获方法。
技术介绍
聚合氮是一种典型的高能量密度材料(HEDM)，其中的氮原子以N-N键或N＝N键相连接，由于N-N键能(160KJ/mol)/N＝N键能(418KJ/mol)远远低于氮气中的N≡N键能(954KJ/mol)，在其解聚恢复成N2分子时将会释放出巨大的能量。五唑化合物是一类典型的聚合氮材料，其氮五环(N5-)中的氮原子在同一个平面上，氮氮键键长介于氮氮单键(N-N)和双键(N＝N)之间。近年来人们利用化学合成方法得到了许多可以在环境条件下稳定存在的五唑盐，其中包括钠基五唑盐[Na8(N5)8(H2O)3]n及[Na(N5)(H2O)]·2H2O。在这两种钠基五唑骨架结构中，钠离子、结合水及自由水对稳定其中的氮五环(N5-)起着重要的作用。值得注意的是，在这两种钠基五唑骨架结构中都含有大量水分子，其中的钠基五唑结构无法脱离水分子在环境条件下稳定存在，而且这两种钠基五唑骨架的笼状结构也导致了其中钠基五唑结构密度的极大降低。迄今为止，仅含有金属钠离子配位的钠基五唑结构尚未见报道，更高密度的无水碱金属聚合氮结构NaN5也尚未见报道。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种限域高密度无水碱金属聚合氮NaN5的高温高压制备和常压截获方法。本专利技术首次在高压下获得可以稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮Cm-NaN5及Pmn21-NaN5，并且实现常压下截获稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮P2/c-NaN5。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种限域高密度无水碱金属聚合氮Cm-NaN5的高压制备方法，包括以下步骤：在金刚石对顶砧高压腔中封装限域在氮化硼纳米管中的叠氮化钠，然后加压至35GPa以上，得到高压下稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮Cm-NaN5。一种限域高密度无水碱金属聚合氮Pmn21-NaN5的高温高压制备方法，包括以下步骤：在金刚石对顶砧高压腔中封装限域在氮化硼纳米管中的叠氮化钠，加压至50GPa以上，然后进行2000～2300K激光加热处理，得到高压下稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮Pmn21-NaN5。一种限域高密度无水碱金属聚合氮P2/c-NaN5的常压截获方法，包括以下步骤：在金刚石对顶砧高压腔中封装限域在氮化硼纳米管中的叠氮化钠，加压至50GPa以上，然后进行2000～2300K激光加热处理，然后卸压至常压，得到在常压下稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮P2/c-NaN5。优选的，所述加压的传压介质为液氩或液氖。优选的，所述金刚石对顶砧高压腔的制备方法为：使用铼箔作为封垫材料，利用金刚石对顶砧对铼箔进行预压，形成压痕；利用激光打孔机在所述压痕的中心成型一个孔洞，作为高压腔。优选的，所述预压后铼箔的厚度为40～60μm。本专利技术提供了上述方案所述方法得到的限域高密度无水碱金属聚合氮Cm-NaN5。本专利技术提供了上述方案所述方法得到的限域高密度无水碱金属聚合氮Pmn21-NaN5。本专利技术提供了上述方案所述的方法得到的限域高密度无水碱金属聚合氮P2/c-NaN5。本专利技术提供了一种限域高密度无水碱金属聚合氮Cm-NaN5的高压制备方法，包括以下步骤：在金刚石对顶砧高压腔中封装限域在氮化硼纳米管中的叠氮化钠，然后加压至35GPa以上，得到高压下稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮Cm-NaN5。本专利技术利用高压条件使NaN3发生结构相变，其中的叠氮根N3-解离并聚合形成N5-环，从而在高压下获得可以稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮Cm-NaN5。本专利技术提供了一种限域高密度无水碱金属聚合氮Pmn21-NaN5的高温高压制备方法，包括以下步骤：在金刚石对顶砧高压腔中封装限域在氮化硼纳米管中的叠氮化钠，加压至50GPa以上，然后进行2000～2300K激光加热处理，得到高压下稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮Pmn21-NaN5。本专利技术利用高温促使NaN3越过更高势垒向NaN5结构完全转变，并使得钠氮五结构结晶性更好。本专利技术还提供了一种限域高密度无水碱金属聚合氮P2/c-NaN5的常压截获方法，包括以下步骤：在金刚石对顶砧高压腔中封装限域在氮化硼纳米管中的叠氮化钠，加压至50GPa以上，然后进行2000～2300K激光加热处理，然后卸压，得到在常温常压下稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮P2/c-NaN5。本专利技术利用高温促使NaN3向NaN5结构的完全转变，并使得钠氮五结构结晶性更好，同时在氮化硼管的限域作用下，实现NaN5的常压截获。此外，本专利技术提供的高温高压制备方法和常压截获方法无需苛刻的实验条件，方法简单，易于操作。附图说明图1为实施例1制备的Cm-NaN5@BNNTs在35GPa压力下的高压原位Raman谱图；图2为为实施例1制备的Cm-NaN5@BNNTs在35GPa下的高压原位同步辐射角散XRD谱图；图3为Cm-NaN5、Pmn21-NaN5和P2/c-NaN5的3D晶体结构图，其中(a)为Cm-NaN5的3D晶体结构图，(b)为Pmn21-NaN5的3D晶体结构图，(c)为P2/c-NaN5的3D晶体结构图；图4为实施例2制备的Cm-NaN5@BNNTs在43GPa压力下的高压原位Raman谱图；图5为实施例2制备的Cm-NaN5@BNNTs在43GPa下的高压原位同步辐射角散XRD谱图；图6为实施例3制备的Cm-NaN5@BNNTs在115GPa压力下的高压原位Raman谱图；图7为实施例3制备的Cm-NaN5@BNNTs在115GPa下的高压原位同步辐射角散XRD谱图；图8为实施例4制备的Pmn21-NaN5@BNNTs在50GPa压力下的高压原位Raman谱图；图9为实施例4制备的Pmn21-NaN5@BNNTs在50GPa下的高压原位同步辐射角散XRD谱图；图10为实施例5制备的P2/c-NaN5@BNNTs常温常压条件下的Raman谱图；图11为实施例5制备的P2/c-NaN5@BNNTs常温常压条件下的同步辐射XRD谱图。具体实施方式本专利技术提供了一种限域高密度无水碱金属聚合氮Cm-NaN5的高压制备方法，包括以下步骤：在金刚石对顶砧高压腔中封装限域在氮化硼纳米管中的叠氮化钠，然后加压至35GPa以上，得到高压下稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮Cm-NaN5。在本专利技术中，所述金刚石对顶砧高压腔的制备方法优选为：使用铼箔作为封垫材料，利用金刚石对顶砧对铼箔进行预压，利用激光打孔机在压痕中心成型一个孔洞，作为高压腔。在本专利技术中，所述预压后铼箔的厚度优选为40～60μm；所述孔洞的直径优选为金刚石对顶砧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种限域高密度无水碱金属聚合氮Cm-NaN

【技术特征摘要】
1.一种限域高密度无水碱金属聚合氮Cm-NaN5的高压制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在金刚石对顶砧高压腔中封装限域在氮化硼纳米管中的叠氮化钠，然后加压至35GPa以上，得到高压下稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮Cm-NaN5。


2.一种限域高密度无水碱金属聚合氮Pmn21-NaN5的高温高压制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在金刚石对顶砧高压腔中封装限域在氮化硼纳米管中的叠氮化钠，加压至50GPa以上，然后进行2000～2300K激光加热处理，得到高压下稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮Pmn21-NaN5。


3.一种限域高密度无水碱金属聚合氮P2/c-NaN5的常压截获方法，其特征在于，包括以下步骤：
在金刚石对顶砧高压腔中封装限域在氮化硼纳米管中的叠氮化钠，加压至50GPa以上，然后进行2000～2300K激光加热处理，然后卸压至常压，得到在常压下...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冰冰，郭琳琳，刘波，刘然，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22