過渡金屬氮化物往往具有非常優異物理化學性質，例如：高硬度、耐磨性、高熔點、超導電性、優異的磁學性質以及光致發光特性等。然而，等化學計量比的過渡金屬氮化物很難被合成，這是因為過度金屬氮化物在合成的時候熱力學不利的。高壓固相反應能夠很好的避免高溫下已經合成的氮化物進行分解。

該項目課題組成功利用高溫高壓法合成了一系列的過渡金屬氮化物，這些過渡金屬氮化物都表現出了優良的物理化學性質，并且可應用于工業生產以及新性能的研究當中。

申請人介紹

項目申請人一直從事鎢氮化物和鎢硼化物的合成和性質的研究。其中主要利用高溫高壓方法對樣品進行合成并且對樣品進行各種性質的表征，借助第一性原理計算進行性質機理的解釋。期間打下了扎實的實驗和理論基礎，掌握了相關領域的研究技巧和方法，積累了大量的實驗經驗，掌握了計算所需程序的使用方法。

項目申請人一年來發表了4篇相關領域SCI論文。目前已經利用高氮相分解的方法制備了巖鹽礦結構中最硬的過渡金屬氮化物c-WN，并且創新的成功的合成了六角相的一氮化鎢δ–WN（如下圖）。這兩種物質都為塊體材料并都表現出了非常優異的硬度和導電性。

核心技術

常用的制備過渡金屬氮化物的方法所得到的產物中含有雜質并且大部分產物都是以非等化學計量比的形式存在的，對物理化學性質的測量有很大的影響，并且合成的產物都是以粉末形式存在的，很難對樣品的力學性能進行測量。利用常規方法不能合成高質量的過渡金屬氮化物的主要原因是過渡金屬氮化物在合成的過程中具有熱力學不穩定的特點，在高溫反應的過程中已經合成的過渡金屬氮化物同時又在分解。

因此，抑制已經合成的過渡金屬氮化物的分解是合成等化學計量比的過渡金屬氮化物的關鍵。最近，高溫高壓固相反應法被成功的用來合成過渡金屬氮化物，并且證明高壓是一種有效的抑制已經合成的過渡金屬氮化物分解的方法。但是，此種方法合成的樣品需要進行提純處理，得到的產物大多數也是以粉末的形式存在的。所以，發現新的制備方法來獲得高質量塊體材料的過渡金屬氮化物對探究其力學性能及物理化學性能有重要的意義。

市場分析

過渡金屬氮化物已被廣泛用于金屬保護涂層、催化材料以及切削加工材料等領域。但高品質的過渡金屬氮化物的制備一直是工業應用中急需要解決的一個難題。常規的過渡金屬氮化物的制備方法所制備的過渡金屬氮化物大多是混合物，而且生成的產物大多是非等化學計量比的，很大程度上影響了過渡金屬氮化物的性質。通過常規方法制備過渡金屬氮化物的另一個弊端就是合成過程中產生很多工業尾氣，排放到空氣中會產生空氣污染。這些常規方法得到的產物大多是粉末狀的材料或者是薄膜狀不純的材料，無法對很多有用的物理化學性質進行測試。

制備純相的塊體過渡金屬氮物有利于發現其優良的物理化學特性。過渡金屬氮化物中還有很多新相沒有合成出來，因此，探究新的合成過渡金屬氮化物的方法是急需要解決的問題。