【摘要】：在壓力作用下氮?dú)夥肿娱g的相互作用不斷增強(qiáng),當(dāng)?shù)獨(dú)夥肿娱g相互作用與其分子內(nèi)部氮原子間的相互作用可以比擬時,氮?dú)夥肿泳蜁l(fā)生壓致解離,形成由氮氮單鍵鍵合的新材料即聚合氮。由于氮氮單鍵(159 kJ/mol)與氮氮三鍵(946kJ/mol)之間存在巨大的能差,聚合氮解聚恢復(fù)成氮?dú)鈺r將釋放大量的能量,是一種綠色環(huán)保型高能量密度材料,在國防、航天、新能源等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。與氮?dú)夥肿酉啾?疊氮化合物中的疊氮分子其中的氮原子由氮氮雙鍵鍵合而成,在高壓下更容易解離形成聚合相,因此,其壓致相變研究是高壓領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。疊氮化鈉(NaN3)作為典型的疊氮化合物,其高壓下的壓致變化行為及其高壓相晶體結(jié)構(gòu)還不十分清楚。針對這一科學(xué)問題,我們開展了NaN3高壓結(jié)構(gòu)相變研究工作,得到了以下研究成果:1、利用高壓原位Raman光譜技術(shù)研究了NaN3特征分子振動的壓致變化行為,實驗中最高壓力達(dá)87.37GPa。研究發(fā)現(xiàn),在壓力達(dá)到2.20GPa時常壓六方晶系的β-NaN3轉(zhuǎn)化為了高壓相I(即單斜相α-NaN3);當(dāng)壓力達(dá)到13.65GPa時,發(fā)生第二次相變出現(xiàn)高壓相II(γ-NaN3);之后在壓力升高至19.58GPa時,α-NaN3相消失,γ-NaN3向高壓相III(δ-NaN3)開始轉(zhuǎn)變;繼續(xù)加壓至33.45GPa時相變完全,γ-NaN3相消失;加壓至61.45GPa時δ-NaN3轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏合郔V(μ-NaN3),可能是一種聚合結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)一直保持到實驗中最大壓力(87.37GPa)。卸壓拉曼光譜表明,μ-NaN3可以保持到25.10GPa,之后μ-NaN3分解,形成與常壓相不同的結(jié)構(gòu),相變不可逆。2、利用高壓同步輻射X光衍射實驗技術(shù)結(jié)合CALYPSO理論預(yù)測方法,系統(tǒng)地研究了NaN3的高壓相變行為,實驗中最高壓力達(dá)123GPa。研究表明,在0-123GPa的壓力范圍內(nèi)NaN3發(fā)生了四次相變:常壓下NaN3結(jié)晶為六角結(jié)構(gòu)(R-3m,β相),壓力達(dá)到4.03GPa時,轉(zhuǎn)變成α相,在4.03-12.9GPa區(qū)間內(nèi)為α-NaN3,壓力達(dá)到12.9GPa時,出現(xiàn)γ-NaN3,在12.9-21.7GPa區(qū)間內(nèi)為α-NaN3與γ-NaN3的混相,壓力升高到21.7GPa時,出現(xiàn)δ-NaN3,同時α-NaN3消失,在21.7-33.6GPa區(qū)間內(nèi)為γ-NaN3和δ-NaN3的混相;壓力達(dá)到33.6GPa時γ-NaN3消失,完全相變?yōu)棣?NaN3純相,繼續(xù)提高壓力至74.5GPa出現(xiàn)的μ-NaN3,這一結(jié)構(gòu)保持至最高壓力(123GPa)。結(jié)合理論計算,給出了γ-NaN3、δ-NaN3和μ-NaN3的晶體結(jié)構(gòu)建議:γ-NaN3屬于四方晶系的I4/mcm結(jié)構(gòu),δ-NaN3是屬于正交晶系的Cmcm結(jié)構(gòu),μ-NaN3是屬于正交晶系的Immm結(jié)構(gòu)。更值得注意的是,我們建議μ-NaN3是一個聚合結(jié)構(gòu),其中N原子之間均以單鍵(N-N)相連成為類似苯環(huán)的平行于ab平面層的N6環(huán)狀聚合結(jié)構(gòu)。NaN3高壓聚合相穩(wěn)定性研究表明,μ-NaN3可以在常溫、27.82GPa的條件下穩(wěn)定存在,卸至常壓后相變成新結(jié)構(gòu),相變不可逆。該研究結(jié)果與高壓原位Raman光譜研究結(jié)果相一致。本論文開展了NaN3的高壓相變研究,得到了高壓下NaN3的壓致相變規(guī)律,理論與實驗相結(jié)合,首次確定了NaN3高壓相晶體結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部氮的鍵合方式。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O521

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2583785