元素周期表中前所未见的“黑氮”塞子之谜

2020-06-03 09:55:14

查看画廊--拜罗伊特大学的研究人员创造了一种以前从未见过的氮。绰号“黑氮”的这种新物质是结晶的,存在于二维薄片中,有朝一日可能会用于先进的电子产品。

奇怪的是,黑氮不存在的想法长期以来一直被认为是一个谜。元素周期表按重复出现的“周期”排列,其中每一列都由具有相似属性的元素组成。那些在顶部的元素具有最少的质子和最低的重量,并且组中每一个连续的元素都增加了质子和重量。

在高压下,柱顶部的元素通常具有与组中更低的元素相似的结构。这些不同的形式被称为同素异形体。例如,臭氧是氧的同素异形体,而石墨和钻石都是碳的同素异形体。

但氮只有一种同素异形体-氮素-在其组中没有任何类似于较重元素的同素异形体。这一直被认为有点奇怪,但现在一项新的研究发现了一种以前不为人知的同素异形体,这表明氮并不像人们长期以来认为的那样是规则的例外。

为了创造新的形式,研究小组将氮气暴露在极端的高温和压力下。它在两颗钻石之间被压在一起,压力达到140万大气压,超过4000°C(7232°F)。在那些极端的条件下,氮呈现出一种以前从未见过的结构-但看起来仍然很熟悉。

当用X射线成像时,氮原子形成了晶状的二维层,呈之字形交联。它似乎具有良好的导电性,很像石墨烯,这可能使其在未来的电子设备中有用。

由于它与黑磷--相关元素磷的同素异形体--有相似之处,研究小组将这种新材料称为“黑氮”。

该研究的主要作者多米尼克·拉尼尔(Dominique Laniel)说:“测量数据突然为我们提供了黑磷的结构特征,这让我们既惊讶又好奇。“自那以后,进一步的实验和计算证实了这一发现。这意味着这一点毋庸置疑:事实上,氮并不是一种特殊的元素,而是像碳和氧一样遵循元素周期表的黄金法则。“

尽管黑氮在电子产品中可能有很大的潜力,但不要指望很快就能在你的智能手机中找到它。不仅由于上述极端条件很难生产,而且材料本身仍然不稳定,当热和压力放松时,它很快就会溶解。

拉尼尔说,由于这种不稳定性,工业应用目前是不可行的。“然而,氮在材料研究中仍然是一个非常有趣的元素。我们的研究举例表明,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。“。

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