氮化锂的应用

氮化锂是一种快离子导体且其电导率比其他无机的锂盐都高，已有许多研究是针对氮化锂作为电池固体电极及阴极材枓的应用。

以氮化锂为基，制备了一系列锂快离子导体。对它们的物相组成进行分析鉴定，研究 它们的离子电导、分解电压 、电导率等电化学性能并以此材料组装了实验电池进行了放电试验。研究表明：氮化锂电基二元系 (Li3N一 LiCl) 已 形成 Li9N2Cl3 化合物，它的分解电压达到 2.5V 以上，电导率在25℃时为1.3×10-5 Scm-1。

作为快离子导体材料应具备有较高的分解电压，较低的电子电导，较高的离子电导率和较好的化学稳定性。许多锂的快离子导体具有上述特性，它可用来制造性能优越的全固态电池，用作计算器、照相机闪光灯、电子表以及日益增多的电子设备和电子产品的电源；除此之外锂离子导体还可用来制造特殊的离子器件；人们曾设想用锂快离子导体材料建造大型储（电）能堆 、 当大城市深夜用电低峰期，多余的电可充入储能站，当用电高峰期又源源不断地给电网送电。由于锂快离子导体有着广阔的应用前景，引起了人们极大的兴趣，并为寻找更好的锂快离子导体开展了广泛深入的研究工作。

Li3N分解电压仅 0.44 V (25℃)，这样它的实际应用就受到了限制。因此对 Li3N 的改造、合成 Li3N基二元、三元系列离子导体材料成为必要。一种改进方法是：将研磨好的 Li3N 粉末与适量的无水 LiCl 粉末 (2 : 3 摩尔比 ) 混合均匀，在压片机上压片后装入镍舟，置 于合成装置中，氮气作保护气氛，加热至 600 ℃(90 分钟)，得到灰白色的Li9N2Cl3 固体粉末。从电化学实验的研究中发现，由 Li3N 加入 LiCl 制得的Li9N2Cl3 化合物分解电压从0.4 V提高到2.5 V以上。 除用作固体电解质外，氮化锂还是六方氮化硼转化为立方氮化硼的有效催化剂。

1987 年日本学者利用超高压高温条件下晶种法通过掺 Si 获得了粒径 2 mm、形状不规则的 N-型 cBN 单晶体，然后又在该晶体表面二次高压生长了掺Be 的 P-型 cBN 单晶体，最后通过切割研磨获得了 cBN 同质 P-N 结。

国内也有类似的合成实验，实验是在国产 DS-029B 型六面顶压机上完成的。为了研究触媒/添加剂对高压合成 cBN 样品形 状的影响，实验采用纯度为 99%的 hBN 作初始原料, 以自制的氮化锂 Li3N 、氢化锂 LiH 为触媒，以商业 99%纯度的氨基锂 LiNH2 为添加剂。实验前首先将六方氮化硼(hBN)在真空条件下保持 100 ℃烘干 12 h，以除去原料中吸附的水分和气体，然后按一定比例将初始原料 hBN与 LiH、 Li3N、LiH +Li3N、LiH+LiNH2 、Li3N + LiNH2 均匀混合，并压制成直径 15.3 mm、高 6 mm 的 圆柱。实验中所用的 合成压力为4.0～ 6.0 GPa，温度 1400～ 1900 ℃、保温时 间10～20min。实验结束后缓慢卸压，取出样品经酸、碱处理，漂洗过滤后得到cBN 晶体。

除上述实验以外，以传统的相变法为基础，通过研究以氮化锂为触媒，六角氮化硼为原料，通过添加不同的添加剂合成立方氮化硼。借助X-光衍射技术、拉曼衍射技术等等对实验产物进行分析和表征，可以得到不同添加剂会对体系产生不同的影响。对氟化氨对氮化锂和六角氮化硼体系合成立方氮化硼过程中的影响进行分析，借助X-光衍射技术对合成产物进行分析，发现氟化氨虽然会消耗触媒氮化锂，但是同时产生附加产物氨气，它可以降低合成实验的压力。分析氢化锂对氮化锂和六角氮化硼体系合成立方氮化硼过程中的影响，借助X-光衍射技术和拉曼衍射技术对合成产物进行分析，得到氢化锂会和六方氮化硼反应生成了触媒氮化锂、氨气和单质硼原子，单质硼原子具有使晶体颜色变黑并抑制晶体沿(111)面生长的结果。

关于触媒组装对合成结果的影响可作如下讨论：如果认为立方氮化硼 的生成过程首先是在高温高压下触媒向邻近的六方氮化硼中扩散反应，生成某种中间化合物。后者可 以溶解余下的六方氮化硼而成为一种溶媒熔体，随着温度和压力进入立方氮化硼稳定区，该熔体中被溶解的以单个或许更可能的是以某种集团形式存在氮硼离子，由于浓度达到 过饱和，将按立方氮化硼的结构结晶析出。随着这些离子或者离子集团通过溶媒熔体向析出的立方氮化硼晶体上不断的 扩散沉积，该晶体将不断得到长大，直至过程停止为止。 有机发光器件(Organic Light-Emitting Device, OLED)具有全固态、主动发光、视角宽、响应速度快(<1 μs)、工作温度范围大(-45 ℃ ～ +85 ℃)以及可制作柔性衬底上、单位功耗小等优点，因此被业界视为下一代的主流显示和照明技术之一。各种新型有机半导体材料和新型有机器件结构的应用, 使 OLED 性能和产业化都取得了重大的进步。

由于 OLED 中电子传输材料的最低未占轨道(Lower Unoccupied Molecular Orbital, LUMO)能级大概在 3eV 左右，因此对应的有机 n 掺杂剂材料不易找到，即便找到也往往在空气中不稳定，材料合成及器件制作时需要放置在保护性气体中才可以。因此，有机半导体材料的n 型掺杂多采用无机掺杂剂材料，如金属锂、金属铯被应用于 OLED 的 n 型掺杂中, 之后的一些Li 和C s 的化合物材料也被用作n 掺杂剂使用，但是有机半导体材料的n 型掺杂的发展仍滞后于 P型掺杂, 因此寻找新的n 型掺杂剂材料，提高n 型掺杂效果的工作极为迫切。

采用氮化锂( Li3N )作为 n 型掺杂剂掺入到电子传输材料tris(8-hydroxy quinoline) aluminium(Alq3)层中以提高OLED 器件的性能.已经有文献报道 Li3N 作为电子注入层与阴极之间的缓冲层可以提高器件的性能。在蒸镀过程中，Li3N 分解为 Li 和 N2，只有 Li 可以沉积在器件，N2对器件性能也没有不良的影响。实验表明经 Li3N 掺杂的 Alq3 层作为电子注入层，应用于 OLED 中可以有效的高OLED 的效率，并且能降低器件的工作电压。

H

氢

qīng

1.008

1s1

+1、-1

主族

非金属

Hydrogen

密度最小，同位素为氕、氘和氚

2

He

氦

hài

4.003

1s2

0

主族

非金属

稀有气体

Helium

最难液化，稀有气体，由中国学者成功制得氦化合物

Na2He

3

Li

锂

lǐ

6.941

2s1

+1

主/金/碱

Lithium

密度小于煤油，用石蜡封存的活泼碱金属，空气中生成黑色氮化锂，可与水反应

4

Be

铍

pí

9.012

2s2

+2

主/金/碱土

Beryllium

最轻碱土金属元素，有毒，与水几乎不反应

5

B

硼

péng

10.81

2s22p1

+3

主族

非金属

Boron

单质硬度仅次于金刚石的非金属元素，重要微量元素

6

C

碳

tàn

12.01

2s22p2

无机+2、

+4、-4，

有机不规则

主族

非金属

Carbon

硬度最高（金刚石）、导电（石墨），细胞干重中含量最高，是生命的基本构架

7

N

氮

dàn

14.01

2s22p3

-3、 +1 、

+2、 +3、

+4、+5

主族

非金属

Nitrogen

空气中含量最多的元素，不活泼，其氧化物是大气污染物

8

O

氧

yǎng

16.00

2s22p4

-2、-1

主族

非金属

Oxygen

地壳中最多，生物体内最多，支持燃烧和需氧型生物呼吸

9

F

氟

fú

19.00

2s22p5

-1

主族

非金属

卤素

Fluorine

最活泼的非金属，化合价没有正价，单质不能被氧化

10

Ne

氖

nǎi

20.18

2s22p6

0

主族

非金属

稀有气体

Neon

稀有气体，用于光源

11

Na

钠

nà

22.99

3s1

+1

主/金/碱

Sodium

活泼，与空气或水接触发生反应，只能储存在石蜡、煤油或稀有气体中，钠光灯是重要黄光光源

12

Mg

镁

měi

24.31

3s2

+2

主/金/碱土

Magnesium

碱土金属，能在二氧化碳或氮气中燃烧，能与水反应但相当缓慢

13

Al

铝

lǚ

26.98

3s23p1

+3

主族

金属

Aluminium

地壳里含量最多的金属，具有非金属性，应用广泛

14

Si

硅

guī

28.09

3s23p2

+4、-4

主族

非金属

Silicon

地壳中含量仅次于氧，外表很像金属，是芯片的重要元素

15

P

磷

lín

30.97

3s23p3

-3、+3、+5

主族

非金属

Phosphorus

有白磷和红磷，白磷有剧毒且在常温下可以自燃

16

S

硫

liú

32.06

3s23p4

-2、+4、+6

主族

非金属

Sulphur

黄色固体，质地较软且轻，与火山活动密切相关

17

Cl

氯

lǜ

35.45

3s23p5

-1、+1、

+3、+4、

+5、+7

主族

非金属

卤素

Chlorine

黄绿色有毒气体，活泼，支持燃烧

18

Ar

氩

yà

39.95

3s23p6

0

主族

非金属

稀有气体

Argon

稀有气体，在空气中含量最多的稀有气体

19

K

钾

jiǎ

39.10

4s1

+1

主/金/碱

Potassium

比钠活泼，遇水即燃

20

Ca

钙

gài

40.08

4s2

+2

主/金/碱土

Calcium

空气中会与氮化合，能与水反应，是石灰、骨骼主要组成成分

21

Sc

钪

kàng

44.96

3d14s2

+3

副族

金属

Scandium

一种柔软过渡金属，常与钆、铒混合存在

22

Ti

钛

tài

47.87

3d24s2

+3、+4

副族

金属

Titanium

能在氮气中燃烧，熔点高

23

V

钒

fán

50.94

3d34s2

+3、+5

副族

金属

Vanadium

高熔点稀有金属

24

Cr

铬

gè

52.00

3d54s1

+3、+4、+6

副族

金属

Chromium

硬度最高的金属

25

Mn

锰

měng

54.94

3d54s2

区间[-3,+7]的整数

副族

金属

Manganese

在地壳中分布广泛

26

Fe

铁

tiě

55.85

3d64s2

+2、+3、+6

Ⅷ族

金属

Iron

地壳含量第二高的金属，单质产量最高，有磁性

27

Co

钴

gǔ

58.93

3d74s2

+2、+3

Ⅷ族

金属

Cobalt

同位素60Co被应用于X光发生器中，有磁性

28

Ni

镍

niè

58.69

3d84s2

+2、+3

Ⅷ族

金属

Nickel

有磁性和良好可塑性，可用于制作充电电池，甘肃金昌镍矿

29

Cu

铜

tóng

63.55

3d104s1

+1、+2

副族

金属

Copper

人类发现较早的金属之一，可塑性很好，导电性能优

30

Zn

锌

xīn

65.39

3d104s2

+2

副族

金属

Zinc

人体需要的微量元素，干电池负极

31

Ga

镓

jiā

69.72

3d104s24p1

+3

主族

金属

Gallium

熔点低沸点高，用于半导体

32

Ge

锗

zhě

72.64

3d104s24p2

+4

主族

金属

Germanium

具有两性，是一种重要的半导体材料

33

As

砷

shēn

74.92

4s24p3

-3、+3、+5

主族

非金属

Arsenic

As2O3（即砒霜）剧毒

34

Se

硒

xī

78.96

4s24p4

-2、+4、+6

主族

非金属

Selenium

可用于制作硒鼓，可使玻璃致色为鲜红色

35

Br

溴

xiù

79.90

4s24p5

-1、+5、+7

主族

非金属

卤素

Bromine

红棕色液体，活泼，不易溶于水，易溶于有机溶剂

36

Kr

氪

kè

83.80

4s24p6

+2

主族

非金属

稀有气体

Krypton

稀有气体，可与氟化合

37

Rb

铷

rú

85.47

5s1

+1

主/金/碱

Rubidium

密度大于水，比钾更活泼

38

Sr

锶

sī

87.62

5s2

+2

主/金/碱土

Strontium

是碱土元素中丰度最小的元素，与水反应会使溶液变白

39

Y

钇

yǐ

88.91

4d15s2

+3

副族

金属

Yttrium

人工合成的钇铝榴石曾被当做钻石的替代品

40

Zr

锆

gào

91.22

4d25s2

+4

副族

金属

Zirconium

氧化物立方氧化锆为钻石的人工替代品

41

Nb

铌

ní

92.91

4d45s1

+5

副族

金属

Niobium

铌钢被用于制作汽车外壳

42

Mo

钼

mù

95.96

4d55s1

+4、+6

副族

金属

Molybdenum

植物生长所需的微量元素

43

Tc

锝

dé

98

4d55s2

+4、+7

副族

金属

Technetium

原子序数最小的放射性元素，第一个人工合成的元素

44

Ru

钌

liǎo

101.1

4d75s1

+1、+4、+8

Ⅷ族

金属

Ruthenium

硬而脆呈浅灰色的多价稀有金属元素

45

Rh

铑

lǎo

102.9

4d85s1

+3，+4

Ⅷ族

金属

Rhodium

现代珠宝制作过程进行表面处理的必须元素

46

Pd

钯

bǎ

106.4

4d10

+2、+4

Ⅷ族

金属

Palladium

被应用于酒精检测中

47

Ag

银

yín

107.9

4d105s1

+1

副族

金属

Silver

贵金属，导电性最好，银镜反应用于制作镀银玻璃镜

48

Cd

镉

gé

112.4

4d105s2

+2

副族

金属

Cadmium

重金属，有毒，过量摄入会导致痛痛病

49

In

铟

yīn

114.8

5s25p1

+3

主族

金属

Indium

可塑性强，有延展性，115In是主要核素，有放射性

50

Sn

锡

xī

118.7

5s25p2

+2、+4

主族

金属

Tin

人类最早发现应用的元素之一，被用于制造容器

51

Sb

锑

tī

121.8

5s25p3

-3、+3、+5

主族

金属

Antimony

熔点低，被用于制作保险丝，湖南冷水江锑矿

52

Te

碲

dì

127.6

5s25p4

-2、+4、+6

主族

非金属

Tellurium

密度最大的非金属，碲酸含6个羟基

53

I

碘

diǎn

126.9

5s25p5

-1、+5、+7

主族

非金属

卤素

Iodine

紫黑色固体，可升华，活泼，甲状腺所需的微量元素

54

Xe

氙

xiān

131.3

5s25p6

+4、+6、+8

主族

非金属

稀有气体

Xenon

稀有气体，可与氟化合

55

Cs

铯

sè

133

6s1

+1

主/金/碱

Cesium

具有金色光泽的碱金属，熔点很低，比铷更活泼，遇水即爆

56

Ba

钡

bèi

137.3

6s2

+2

主/金/碱土

Barium

与水反应不变白，氢氧化钡可溶于水，硫酸钡被应用于钡餐透视

57

La

镧

lán

139

5d1 6s2

+3

副/金/镧

Lanthanum

第一个镧系元素

58

Ce

铈

shì

140

4f1 5d1 6s2

+3、+4

副/金/镧

Cerium

用来制造打火石

59

Pr

镨

pǔ

141

4f3 6s2

+3

副/金/镧

Praseodymium

英文名称最长

60

Nd

钕

nǚ

144

4f4 6s2

+3

副/金/镧

Neodymium

磁性强

61

Pm

钷

pǒ

145

4f5 6s2

+3

副/金/镧

Promethium

有放射性

62

Sm

钐

shān

150.5

4f6 6s2

+3

副/金/镧

Samarium

磁性强

63

Eu

铕

yǒu

152

4f7 6s2

+3

副/金/镧

Europium

活泼，能放出红光

64

Gd

钆

gá

157

4f7 5d1 6s2

+3

副/金/镧

Gadolinium

未配对电子达到上限

65

Tb

铽

tè

159

4f9 6s2

+3

副/金/镧

Terbium

通电时改变形状

66

Dy

镝

dī

162.5

4f10 6s2

+3

副/金/镧

Dysprosium

英文名称源自“很难得到”

67

Ho

钬

huǒ

165

4f11 6s2

+3

副/金/镧

Holmium

银白色，质软，可用来制磁性材料

68

Er

铒

ěr

167

4f12 6s2

+3

副/金/镧

Erbium

银灰色，质软，可用来制特种合金，激光器等

69

Tm

铥

diū

169

4f13 6s2

+3

副/金/镧

Thulium

银白色，质软，可用来制X射线源等

70

Yb

镱

yì

173

4f14 6s2

+2、+3

副/金/镧

Ytterbium

银白色，质软，可用来制特种合金，也用作激光材料等

71

Lu

镥

lǔ

175

4f14 5d1 6s2

+3

副/金/镧

Lutetium

银白色，质软，可用于核工业

72

Hf

铪

hā

178.5

5d2 6s2

+4

副/金

Hafnium

银白色，熔点高。可用来制耐高温合金，也用于核工业等

73

Ta

钽

tǎn

181

5d3 6s2

+5

副/金

Tantalum

钢灰色，耐腐蚀质硬，熔点高。可用于航天工业及核工业

74

W

钨

wū

184

5d4 6s2

+4、+6

化学元素周期表是根据核电荷数从小至大排序的化学元素列表。列表大体呈长方形，某些元素周期中留有空格，使特性相近的元素归在同一族中，如碱金属元素、碱土金属、卤族元素、稀有气体，非金属，过渡元素等。这使周期表中形成元素分区且分有七主族、七副族、Ⅷ族、0族。由于周期表能够准确地预测各种元素的特性及其之间的关系，因此它在化学及其他科学范畴中被广泛使用，作为分析化学行为时十分有用的框架。

元素在周期表中的位置不仅反映了元素的原子结构，也显示了元素性质的递变规律和元素之间的内在联系。使其构成了一个完整的体系，被称为化学发展的重要里程碑之一。

同一周期内，从左到右，元素核外电子层数相同，最外层电子数依次递增，原子半径递减（0族元素除外）。失电子能力逐渐减弱，获电子能力逐渐增强，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。元素的最高正氧化数从左到右递增（没有正价的除外），最低负氧化数从左到右递增（第一周期除外，第二周期的O、F元素除外）。

同一族中，由上而下，最外层电子数相同，核外电子层数逐渐增多，原子半径增大，原子序数递增，元素金属性递增，非金属性递减。

元素周期表的意义重大，科学家正是用此来寻找新型元素及化合物。