美国科研人员首次合成金属氮化物纳米晶

近日，来自美国芝加哥大学与阿贡国家实验室的科研人员在国际学术期刊《自然》上发表了一项关于材料合成的新成果。该团队利用熔融盐技术，成功完成了氮化镓等金属氮化物胶体纳米晶体的可控制备。

在材料科学领域，纳米晶体因其特殊的光电和催化性能而备受关注。然而，由于金属氮化物具有极高的化学键键能，离子在晶体形成时难以进行键的断裂和重组，导致传统工艺无法生产出分散性佳的纳米晶体，这一直是该领域的技术难点。

为解决这一问题，研究人员开发了一种结合熔融盐与精确温度、压力控制的合成方法。他们使用熔融无机盐取代常规的有机溶剂作为反应媒介，并在特定的温度和氨气压力条件下，使金属与氮的化学键能够自由解离和重组。通过这种新工艺，团队稳定制备出氮化镓、氮化钛、氮化铌和氮化钼等近十种金属氮化物纳米晶。

这些材料在产业中有着明确的应用方向。例如，氮化镓常用于发光二极管和射频功率器件，氮化钛适用于医疗植入物，氮化铌可用作超导材料，而氮化钼则是常见的化工催化剂。过去这些材料多被加工成刚性薄膜，现在制成纳米晶后，可直接掺入高分子基材中并通过喷墨打印成型，从而应用于柔性显示屏和可穿戴电子设备，拓展了第三代半导体材料的使用范围。

据论文第一作者介绍，电子显微镜观察显示，这些纳米晶的尺寸分布均匀，单颗晶体大小在几十纳米左右，且原材料成本较低，具备产业化前景。通讯作者也指出，此项工作克服了氮化物纳米材料的基础性限制。据悉，该研究使用了芝加哥大学和阿贡国家实验室的相关设备，并获得了美国能源部、美国国家科学基金会等机构的经费资助。