Satu kajian baharu yang diketuai oleh Wang Xianlong di Institut Sains Fizikal Hefei telah menghasilkan sintesis tekanan atmosfera bagi nitrogen gauche padu, bahan berketumpatan tenaga tinggi dengan aplikasi yang menjanjikan.
Dalam satu kejayaan saintifik yang ketara, penyelidik dari Hefei Institutes of Physical Science of the Chinese Academy of Sciences telah berjaya disintesis cubic gauche nitrogen (cg-N) pada tekanan atmosfera. Penyelidikan yang diketuai oleh Wang Xianlong, menggunakan kalium azida (KN3) dan teknik pemendapan wap kimia dipertingkatkan plasma (PECVD) untuk mencapai kejayaan ini. Hasil kajian baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Science Advances.
Cubic gauche nitrogen terdiri sepenuhnya daripada atom nitrogen yang saling berhubung melalui ikatan tunggal NN, meniru struktur berlian. Bahan ini telah menarik perhatian ramai kerana ketumpatan tenaga tinggi dan fakta bahawa ia terurai menjadi gas nitrogen yang tidak berbahaya. Mencapai kaedah sintesis yang selamat dan cekap untuk cg-N pada tekanan atmosfera telah menjadi cabaran berterusan dalam bidang ini.
Sejak 2020, pasukan Wang telah menggunakan pengiraan prinsip pertama untuk mensimulasikan kestabilan permukaan cg-N dalam pelbagai keadaan, termasuk tekanan dan suhu yang berbeza. Penemuan mereka menunjukkan bahawa ketidakstabilan permukaan menyebabkan cg-N terurai pada tekanan rendah. Dengan menepukan ikatan penggantungan permukaan dan menguruskan pemindahan caj, para penyelidik kini telah berjaya menstabilkan cg-N sehingga 750 K pada tekanan atmosfera.
Dalam kajian terbaru mereka, pasukan itu memilih untuk menggunakan potassium azide, yang terkenal dengan ketoksikan yang lebih rendah dan risiko letupan, sebagai prekursor. Keupayaan pemindahan elektron yang kuat kalium memainkan peranan penting dalam menjayakan sintesis cg-N menggunakan PECVD. Kaedah ini tidak memerlukan kesan pengehadan karbon nanotube yang penting sebelum ini. Pengesahan selanjutnya datang daripada pengukuran kalorimetri pengimbasan pembezaan termogravimetrik (TG-DSC), mengesahkan bahawa cg-N yang disintesis mengekalkan kestabilan terma sehingga 760 K, walaupun ia mengalami penguraian yang cepat dan sengit pada suhu yang lebih tinggi.
Kemajuan ini bukan sahaja mewakili kaedah yang cekap dan mudah untuk mensintesis cg-N pada tekanan atmosfera tetapi juga membuka jalan baharu untuk membangunkan bahan berketumpatan tenaga tinggi. Potensi aplikasi cg-N adalah luas, berpotensi mengubah storan tenaga dan sektor lain yang bergantung kepada bahan bertenaga tinggi.
Kepentingan penyelidikan ini adalah mendalam. Bahan berketumpatan tenaga tinggi seperti cg-N berpotensi untuk merevolusikan pelbagai industri, termasuk aeroangkasa, pertahanan dan storan tenaga, dengan menyediakan alternatif yang lebih cekap dan selamat. Memandangkan cg-N hanya terurai menjadi gas nitrogen, ia menawarkan penyelesaian mesra alam, mengurangkan potensi produk sampingan berbahaya.