氮化物

氮與電負性較小的元素形成的二元化合物，不包括氮與氫或鹵素的二元化合物及疊氮化物。按性質分為四類：①鹼金屬和鹼土金屬的氮化物，又稱離子型氮化物，它們的熱穩定性較低，容易水解產生氨和金屬氫氧化物；②過渡元素的氮化物，稱為金屬型氮化物，一般具有高硬度、高熔點、高化學穩定性，並具有金屬的外貌和導電性；③銅分族和鋅分族元素的氮化物，是金屬型和共價型之間的過渡形式，稱為中間型氮化物；④硼族到硫族元素的氮化物，具有共價結構，稱為共價型氮化物，一般都非常穩定。

鹼金屬與氮反應時生成疊氮化物，經小心加熱即分解形成氮化物，其他氮化物一般都可由元素單質與氮直接反應製備。硼、硅、鈦、釩和鉭的氮化物由於堅硬、難熔、能抗化學侵蝕，常用作磨料和製作坩堝（見氮化硼）。金屬氮化物指金屬元素與氮形成的化合物。重要的有氮化鋰(Li3N)、氮化鎂(Mg3N2)、氮化鋁(AlN)、氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)等。其中多數不溶於水，熱穩定性高，可用作高溫絕緣材料，例如氮化鈦、氮化鉭、氮化釩(VN)等。少數遇水完全水解生成金屬元素氫氧化物並放出氨，如氮化鎂、氮化鋁等。一些金屬氮化物可由金屬加熱后直接與氮化合而成。一些是由金屬、金屬氧化物或金屬氯化物在氨氣流中加熱製得。重要的非金屬氮化物有氮化硼(BN)、五氮化三磷(P3N5)、四氮化三硅(Si3N4)等。

二元化合物的分類 氮與電負性較小的元素形成的二元化合物，不包括氮與氫或鹵素的二元化合物及疊氮化物。按性質分為四類：①鹼金屬和鹼土金屬的氮化物，又稱離子型氮化物，它們的熱穩定性較低，容易水解產生氨和金屬氫氧化物；②過渡元素的氮化物，稱為金屬型氮化物，一般具有高硬度、高熔點、高化學穩定性，並具有金屬的外貌和導電性；③銅分族和鋅分族元素的氮化物，是金屬型和共價型之間的過渡形式，稱為中間型氮化物；④硼族到硫族元素的氮化物，具有共價結構，稱為共價型氮化物，一般都非常穩定。鹼金屬與氮反應時生成疊氮化物，經小心加熱即分解形成氮化物，其他氮化物一般都可由元素單質與氮直接反應製備。硼、硅、鈦、釩和鉭的氮化物由於堅硬、難熔、能抗化學侵蝕，常用作磨料和製作坩堝（見氮化硼）。

特性 氮是具有最高電負性的元素之一，只有氧，氟和氯比它更高。這就意味著氮化物由一大組化合物構成。它們有廣泛的性質和應用。折射材料 潤滑劑，如六方氮化硼—BN 切割材料，如氮化硅—Si3N4 絕緣體，如氮化硼—BN、氮化硅—Si3N4 半導體，如氮化鎵—GaN 金屬鍍膜，如氮化鈦—TiN 儲氫材料，如氮化鋰—Li3N 氮化物可分為離子氮化物、共價氮化物、間隙氮化物及之間的混合類型。

氮化物的極化效應Ⅲ族氮化物極化效應有自發極化和壓電極化。 AlGaN/GaN異質結中的壓電極化效應5倍於AlGaAs/GaAs系統。除了高的壓電極化，自發極化（應變力為零時的極化）在纖鋅礦結構Ⅲ族氮化物中同樣很大，這樣導致了更大的極化效應。纖鋅礦Ⅲ族氮化物InN、GaN和AlN都是六方晶系。其平衡晶格常數為a0和c0。在無外電場的情況下，GaN或AlGaN層中的宏觀極化強度P是平衡態下壓電極化強度PPE與自發極化強度PSP之和。由於GaN外延層一般沿方向生長，所以只考慮沿此軸的極化。自發極化強度的值也較大，都為負值，且從GaN、InN、AlN依次升高。由於在AlGaN中，壓電極化強度始終小於0，所以對於拉伸的勢壘層應力，壓電極化強度是負值；而對於壓縮的勢壘層應力，壓電極化強度是正值。在Ga面無應力GaN上生長晶格匹配的AlGaN， AlGaN將處於拉伸的勢壘層應力情況下，壓電極化和自發極化的方向平行，指向襯底。如果從Ga面變化為N面，自發極化和壓電極化的方向都要反向，背向襯底。

應用領域最新研究顯示，在極端條件下人工合成的貴金屬氮化物具有一些不尋常的，甚至是獨一無二的性質，它們可以用於半導體、超導體和防腐器材。過渡金屬氮化物在理論上和技術上都很重要，因為它們具有很強的硬度和耐久性，而且因為在光學、電子學和磁學上的獨特性質，它們在很多方面都很有用。美國勞倫斯•利沃摩爾國家實驗室、華盛頓卡內基研究所、英國原子武器研究所的科學家們利用金剛石砧壓腔產生高壓、激光產生高溫，首次人工合成了貴金屬銥的氮化物。貴金屬是那些不容易與其它元素形成化合物的元素。結合實驗結果和第一性原理模型，科學家們還得到了已知的氮化鉑的結構和體積彈性模量（反映材料硬度的量）。實驗結果證實，由於它們的耐久性和可靠性，它們在半導體工業中很有用。利沃摩爾實驗室化學與材料科學理事Jonathan Crowhurst說：“這個工作擴展了我們對氮化鉑和氮化銥的認識，證明了這些氮化物的存在性，並且說明它們奇特的物理性質至少會在大規模合成生產中發揮作用。例如，氮化鉑的體積彈性模量比已知的超硬立方氮化硼還要大。”目前，半導體工業中應用的是氮化鈦，它具有很高的強度和耐久性，但是新氮化物的耐久性比氮化鈦更強。

發展前景氮化鉑的合成條件是大約50吉帕（五十萬個大氣壓強）和2000開爾文，氮化銥的合成條件也差不多：47吉帕和1600開爾文。接下來，研究人員計劃找到一種把新氮化物投入工業生產的方法。這項研究以《氮化鉑和氮化銥的合成與特徵》的標題發表在3月3日的Science雜誌上，作者包括Jonathan Crowhurst、Babak Sadigh、Cheryl Evans、James Ferreira和Art Nelson。一種產制覆有高表面積氮化鐵，氮化鈦或γ－氮化鋁之基板以供的電容器或電池組構型中作為電能儲存元件之方法，此方法包括：（a）用一選自鹵化鐵，鹵化鈦或鹵化鋁之金屬鹵化物及一液態揮發性載體之溶液或漿液來塗覆一固態基板之一或二個平坦的蝕刻表面，該基板是一薄片型；（b）在介於約150及400℃間之溫度下使步驟（a）之塗有金屬鹵化物表面膜一載體之基板與氧，空氣或其結合物接觸約5至602 分鐘以分別轉化鹵化鐵，鹵化鈦或鹵化鉬成薄片狀之氧化物且除去液態揮發性載體；（c）如所需地重複步驟（a）和（b）以在基板上得到金屬氧化物之累積厚度，此累積之金屬氧化物塗層具有高的表面積，且除去揮發性載體；（d）在介於約150及400℃下，在氧，空氣或其結合物中（c）之塗有金屬氧化物膜的基板約1至3小時以轉化至少約95％金屬氯化物成金屬氧化物；（e）以少於約每分鐘40℃之速率在氮氣氛中緩慢地增加塗有金屬氧化物之基板的溫度至介於500至800℃；（f）在介於約500至800℃間使步驟（d）中所產制之塗有氧化物之基板與選有過剩流動之氣態氨或氫氣和氮氣之混合物中之氮源接觸1至6小時，此處理將95％以上之氧化物塗層分別轉化成氮化鐵，氮化鈦或γ－氮化片層在基板上，該氮化物層具有高表面積且是導電的；且（g）冷卻至室溫且回收步驟（e）中所產制之塗有高表面積氮化物之基板。