Полимерный азот - синтез, строение и свойства

Номер гранта:09-02-01527
Область научного знания:физика и астрономия
Тип конкурса: («а» (до 2016))(«а») инициативные научные проекты
Год выполнения:2009г.
Руководитель: Троян И.А.
Статус заявки:поддержана

Аннотация к заявке:

Азот обычно состоит из двухатомных молекул, в которых атомы связаны тройной ковалентной связью. Эта связь очень сильная и обуславливает высокую стабильность молекулы и как следствие инертность азота. Авторами, данного проекта, недавно было показано, что может быть синтезирован кристалл азота, в котором все атомы соединены одинарными ковалентными связями в трехмерную кристаллическую решётку - полимерный азот. Такой материал обладает уникальными свойствами. Он является веществом с самой высокой плотностью запасённой химической энергии, а также сверхтвердым материалом. Он может быть идеальным топливом или сверхмощной химической взрывчаткой. Условия синтеза кристаллического азота – экстремальны. Авторами проекта показано, что для синтеза полимерного азота необходимы сверхвысокие давления (выше 1 миллиона атмосфер) и температуры (выше 2000 К). Доказано, что такие условия могут быть достигнуты в камерах высокого давления с алмазными наковальнями. В кристалле полимерного азота атомы азота находятся в тройной координации и соединены одинарными ковалентными связями в трехмерную сетку сложной структуры, аналогично атомам углерода в решётке алмаза (находящимся в четверной координации). Как следствие малых размеров атомов азота, материал является сверхтвёрдым и имеет большой объёмный модуль сжатия ~ 300-340 ГПа. Эта структура была предсказана теоретически в конце 80-х начале 90-х годов прошлого века и до сих пор считалась гипотетической. Материал обладает огромной запасённой энергией на единицу объёма вещества и теоретически должен быть метастабильным при нормальных условиях. При обратном фазовом переходе выделяется около 1.5 эВ на одну химическую связь и образуется молекулярный азот. Таким образом, это вещество является рекордно эффективным по мощности и абсолютно экологически чистым топливом. Продуктом его "горения" является лишь газообразный азот. Полимерный азот может быть идеальным топливом или сверхмощной химической взрывчаткой. Для его "сгорания" не требуется окислитель, например, кислород, как для обычного топлива, поэтому он может работать, например, и под водой и в вакууме. Если удастся использовать его в качестве ракетного горючего, то масса ракеты, при той же самой полезной нагрузке, может быть уменьшена почти на порядок. Возможные последствия положительного результата проекта: создание новых отраслей промышленности в энергетической, транспортной и других областях.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

Новый энергонасыщенный материал - кристаллический полимерный азот cg-N со структурой "кубик-гошь", который обладает рекордным запасом химической энергии - в 10 раз выше, чем в гексогене, и почти в 13 раз больше, чем в тринитротолуоле. Для синтеза полимерного азота были разработаны и созданы специализированные камеры высокого давления с алмазными наковальнями, в которых может быть достигнуто сверхвысокое давление (до 3-х Мегабар) с одновременным лазерным нагревом вещества внутри камеры до 4000К.
Аннотации к заявке и отчету приведены в авторской редакции. по состоянию на 20.09.2020.

Фотогалерея:

Структура Применение
Помог ли вам материал?
6    2