氮化物

氮化物是指氮与电负性较小的元素形成的二元化合物，不包括氮与氢或卤素的二元化合物及叠氮化物。

氮与电负性较小的元素形成的二元化合物，不包括氮与氢或卤素的二元化合物及叠氮化物。按性质分为四类：①碱金属和碱土金属的氮化物，又称离子型氮化物，它们的热稳定性较低，容易水解产生氨和金属氢氧化物；②过渡元素的氮化物，称为金属型氮化物，一般具有高硬度、高熔点、高化学稳定性，并具有金属的外貌和导电性；③铜分族和锌分族元素的氮化物，是金属型和共价型之间的过渡形式，称为中间型氮化物；④硼族到硫族元素的氮化物，具有共价结构，称为共价型氮化物，一般都非常稳定。碱金属与氮反应时生成叠氮化物，经小心加热即分解形成氮化物，其他氮化物一般都可由元素单质与氮直接反应制备。硼、硅、钛、钒和钽[tǎn]的氮化物由于坚硬、难熔、能抗化学侵蚀，常用作磨料和制作坩[gān]埚（见氮化硼）。金属氮化物指金属元素与氮形成的化合物。重要的有氮化锂(Li3N)、氮化镁(Mg3N2)、氮化铝(AlN)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)等。其中多数不溶于水，热稳定性高，可用作高温绝缘材料，例如氮化钛、氮化钽、氮化钒(VN)等。少数遇水完全水解生成金属元素氢氧化物并放出氨，如氮化镁、氮化铝等。一些金属氮化物可由金属加热后直接与氮化合而成。一些是由金属、金属氧化物或金属氯化物在氨气流中加热制得。重要的非金属氮化物有氮化硼(BN)、五氮化三磷(P3N5)、四氮化三硅(Si3N4)等。特性　　氮是具有最高电负性的元素之一，只有氧，氟[fú]和氯比它更高。这就意味着氮化物由一大组化合物构成。它们有广泛的性质和应用。折射材料　　润滑剂，如六方氮化硼—BN　　切割材料，如氮化硅—Si3N4　　绝缘体，如氮化硼—BN、氮化硅—Si3N4　　半导体，如氮化镓—GaN　　金属镀膜，如氮化钛—TiN　　储氢材料，如氮化锂—Li3N　　氮化物可分为离子氮化物、共价氮化物、间隙氮化物及之间的混合类型。氮化物的极化效应Ⅲ族氮化物极化效应有自发极化和压电极化。 AlGaN/GaN异质结中的压电极化效应5倍于AlGaAs/GaAs系统。除了高的压电极化，自发极化（应变力为零时的极化）在纤锌矿结构Ⅲ族氮化物中同样很大，这样导致了更大的极化效应。纤锌矿Ⅲ族氮化物InN、GaN和AlN都是六方晶系。其平衡晶格常数为a0和c0。在无外电场的情况下，GaN或AlGaN层中的宏观极化强度P是平衡态下压电极化强度PPE与自发极化强度PSP之和。由于GaN外延层一般沿方向生长，所以只考虑沿此轴的极化。自发极化强度的值也较大，都为负值，且从GaN、InN、AlN依次升高。由于在AlGaN中，压电极化强度始终小于0，所以对于拉伸的势垒层应力，压电极化强度是负值；而对于压缩的势垒层应力，压电极化强度是正值。在Ga面无应力GaN上生长晶格匹配的AlGaN， AlGaN将处于拉伸的势垒层应力情况下，压电极化和自发极化的方向平行，指向衬底。如果从Ga面变化为N面，自发极化和压电极化的方向都要反向，背向衬底。应用领域最新研究显示，在极端条件下人工合成的贵金属氮化物具有一些不寻常的，甚至是独一无二的性质，它们可以用于半导体、超导体和防腐器材。过渡金属氮化物在理论上和技术上都很重要，因为它们具有很强的硬度和耐久性，而且因为在光学、电子学和磁学上的独特性质，它们在很多方面都很有用。美国劳伦斯•利沃摩尔国家实验室、华盛顿卡内基研究所、英国原子武器研究所的科学家们利用金刚石砧压腔产生高压、激光产生高温，首次人工合成了贵金属铱[yī]的氮化物。贵金属是那些不容易与其它元素形成化合物的元素。结合实验结果和第一性原理模型，科学家们还得到了已知的氮化铂的结构和体积弹性模量（反映材料硬度的量）。实验结果证实，由于它们的耐久性和可靠性，它们在半导体工业中很有用。利沃摩尔实验室化学与材料科学理事Jonathan Crowhurst说：“这个工作扩展了我们对氮化铂和氮化铱的认识，证明了这些氮化物的存在性，并且说明它们奇特的物理性质至少会在大规模合成生产中发挥作用。例如，氮化铂的体积弹性模量比已知的超硬立方氮化硼还要大。”目前，半导体工业中应用的是氮化钛，它具有很高的强度和耐久性，但是新氮化物的耐久性比氮化钛更强。发展前景氮化铂的合成条件是大约50吉帕（五十万个大气压强）和2000开尔文，氮化铱的合成条件也差不多：47吉帕和1600开尔文。接下来，研究人员计划找到一种把新氮化物投入工业生产的方法。这项研究以《氮化铂和氮化铱的合成与特征》的标题发表在3月3日的Science杂志上，作者包括Jonathan Crowhurst、Babak Sadigh、Cheryl Evans、James Ferreira和Art Nelson。一种产制覆有高表面积氮化铁，氮化钛或γ－氮化铝之基板以供的电容器或电池组构型中作为电能储存元件之方法，此方法包括：（a）用一选自卤化铁，卤化钛或卤化铝之金属卤化物及一液态挥发性载体之溶液或浆液来涂覆一固态基板之一或二个平坦的蚀刻表面，该基板是一薄片型；（b）在介于约150及400℃间之温度下使步骤（a）之涂有金属卤化物表面膜一载体之基板与氧，空气或其结合物接触约5至602 分钟以分别转化卤化铁，卤化钛或卤化钼[mù]成薄片状之氧化物且除去液态挥发性载体；（c）如所需地重复步骤（a）和（b）以在基板上得到金属氧化物之累积厚度，此累积之金属氧化物涂层具有高的表面积，且除去挥发性载体；（d）在介于约150及400℃下，在氧，空气或其结合物中（c）之涂有金属氧化物膜的基板约1至3小时以转化至少约95％金属氯化物成金属氧化物；（e）以少于约每分钟40℃之速率在氮气氛中缓慢地增加涂有金属氧化物之基板的温度至介于500至800℃；（f）在介于约500至800℃间使步骤（d）中所产制之涂有氧化物之基板与选有过剩流动之气态氨或氢气和氮气之混合物中之氮源接触1至6小时，此处理将95％以上之氧化物涂层分别转化成氮化铁，氮化钛或γ－氮化片层在基板上，该氮化物层具有高表面积且是导电的；且（g）冷却至室温且回收步骤（e）中所产制之涂有高表面积氮化物之基板。