新研究发现从未见过的同素异形体“黑氮” 有助于解开元素周期表的谜团

2020年06月02日 16:54 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,拜罗伊特大学的研究人员创造了一种从未见过的氮的形式。这种新的物质被称为“黑氮”,它是晶体状的,以二维片状的形式出现,有朝一日可能会被用于先进的电子领域。奇怪的是,黑氮不存在的想法一直以来都被认为是个谜。周期表是按特定的规律来排列的,每一列都是由化学性质相似的元素组成。

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在高压下,每一列顶部的元素通常具有与下部的元素相似的结构。这些不同形式的元素被称为同素异形体。例如,臭氧是氧的同素异形体,而石墨和金刚石都是碳的同素异形体。

但是,氮只有一个同素异形体--二氮,而且没有任何一种类似于较重元素的配位素。这一直被认为有点奇怪,但现在一项新研究发现了一种以前不为人知的同素异形体,这表明氮并不像长期以来认为的那样是个例外。

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为了创造这种新的形态,研究小组将氮气暴露在极端的高温和压力下。它被压在两颗钻石之间,以140万个大气压,并在4000℃(7232°F)以上。在这些极端条件下,氮气呈现出了一种从未见过的结构----但看起来仍然很熟悉。当使用X射线进行成像时,氮原子形成了晶体状的二维层,交联成人字形。它似乎具有良好的导电性,很像石墨烯的导电性,这可能使它在未来的电子设备中派上用场。

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由于它与黑磷----相关元素磷的一种同位素--的相似之处,研究小组将这种新材料称为“黑氮”。“测量数据突然为我们提供了黑氮的结构特征,这让我们感到惊讶和好奇,”该研究的主要作者 Dominique Laniel说。“此后,进一步的实验和计算证实了这一发现。这意味着毫无疑问:事实上,氮并不是一种特殊的元素,而是像碳和氧一样遵循周期表的黄金法则。”

尽管“黑氮”可能对电子产品有很大的潜力,但不要指望很快就能在智能手机中找到它。它不仅由于上述那些极端条件而难以生产,而且这种材料本身也不稳定,当热量和压力放松时,它很快就会溶解。

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“由于这种不稳定,目前在工业上的应用是不可行的。”Laniel说。“尽管如此,氮仍然是材料研究中非常有趣的元素。我们的研究通过实例表明,高压和高温可以产生研究人员以前不知道存在的材料结构和性能。”

这项研究发表在《物理评论快报》杂志上。

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