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高能量密度材料是一類能夠短時間內(nèi)產(chǎn)生極大能量的物質(zhì)，廣泛用于礦業(yè)和建筑等領(lǐng)域。立方偏轉(zhuǎn)聚合氮是新型高能量密度材料的典型代表之一，但闡明立方偏轉(zhuǎn)聚合氮降壓時的失穩(wěn)機制、發(fā)展更安全高效并適用于宏量制備的合成方法，是當(dāng)前面臨的兩個關(guān)鍵科學(xué)問題。

2020年起，王賢龍團隊針對上述兩個關(guān)鍵科學(xué)問題開展攻關(guān)研究。團隊采用第一性原理方法，系統(tǒng)模擬了立方偏轉(zhuǎn)聚合氮表面在不同飽和狀態(tài)下和不同壓力及溫度下的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)降低壓力時，立方偏轉(zhuǎn)聚合氮的分解機制是表面失穩(wěn)。于是，他們提出飽和表面懸掛鍵并轉(zhuǎn)移電荷的方法，將立方偏轉(zhuǎn)聚合氮在常壓下穩(wěn)定到477℃。

在此基礎(chǔ)上，基于鉀的電負(fù)性比鈉更弱，團隊提出了采用更安全、更便宜的疊氮化鉀替代疊氮化鈉作為前驅(qū)體合成立方偏轉(zhuǎn)聚合氮的方法。第一性原理計算結(jié)果表明，鉀吸附在增強立方偏轉(zhuǎn)聚合氮表面穩(wěn)定性上遠(yuǎn)優(yōu)于鈉吸附。最終，基于自主研建的等離子體增強化學(xué)氣相沉積裝置，不借助納米限域效應(yīng)，團隊成功在常壓下合成了立方偏轉(zhuǎn)聚合氮，樣品可以保存兩個月以上。

同步熱分析測量結(jié)果表明，立方偏轉(zhuǎn)聚合氮具有488℃的熱分解溫度，與理論預(yù)測的477℃分解溫度相符合，尖銳的分解放熱峰表明其具有典型的高能量密度材料熱分解行為；激光等離子驅(qū)動微爆法測試表明，樣品的爆速有顯著提升。

研究人員認(rèn)為，由于不需要高壓或碳納米管束縛且前驅(qū)體更安全和便宜，因而該合成方法具備宏量制備和工程應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢。