新研究發現從未見過的同素異形體“黑氮”有助於解開元素周期表的謎團

據外媒報導,拜羅伊特大學的研究人員發明瞭一種從未見過的氮的形式。這類新的物質被稱為“黑氮”,它是晶體狀的,以二維片狀的形式出現,有朝一日可能會被用於先進的電子范疇。怪異的是,黑氮不存在的想法始終以來都被以為是個謎。周期表是按特定的規律來陳列的,每一列都是由化學性質類似的元素構成。

在高壓下,每一列頂部的元素每每具備與下部的元素類似的結構。這些不同形式的元素被稱為同素異形體。比方,臭氧是氧的同素異形體,而石墨和金剛石都是碳的同素異形體。

然而,氮隻有一個同素異形體–二氮,並且沒有任何一品種似於較重元素的配位素。這始終被以為有點怪異,但現在一項新研究發現瞭一種以前鮮為人知的同素異形體,這標明氮並不像長時間以來以為的那樣是個破例。

為瞭發明這類新的形態,研究小組將氮氣表露在極端的高溫文壓力下。它被壓在兩顆鉆石之間,以140萬個大氣壓,並在4000℃(7232°F)以上。在這些極端前提下,氮氣出現出瞭一種從未見過的結構—-但看起來依然很熟識。當運用X射線進行成像時,氮原子形成為瞭晶體狀的二維層,交聯成人字形。它仿佛具備很好的導電性,很像石墨烯的導電性,這可能使它在將來的電子裝備中派上用處。

因為它與黑磷—-相關元素磷的一種同位素–的類似的地方,研究小組將這類新材料稱為“黑氮”。“測量數據忽然為我們提供瞭黑氮的結構特點,這讓我們感觸詫異親睦奇,”該研究的主要作者 Dominique Laniel說。“以後,進一步的實行和計算證實瞭這一發現。這象征著毫無疑難:現實上,氮並非一種特殊的元素,而是像碳和氧一樣遵照周期表的黃金法例。”

隻管“黑氮”可能對電子產品有很大的後勁,但不要希望很快就可以在智能手機中找到它。它不隻因為上述那些極端前提而難以生產,並且這類材料自身也不穩固,當熱量和壓力放松時,它很快就會消融。

“因為這類不穩固,當前在工業上的運用是不可行的。”Laniel說。“隻管如此,氮依然是材料研究中十分有趣的元素。我們的研究通過實例標明,高壓和高溫能夠產生研究人員以前不曉得存在的材料結構和性能。”

這項研究宣佈在《物理評價快報》雜志上。

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