Nitride bei hohen Drücken/ Hartstoffe

Druckinduzierte Kristallisation und metastabile Hochdruckphasen

Übergangsmetallnitride erfreuen sich aufgrund ihrer Härte und ihrer magnetischen Eigenschaften eines vermehrten industriellen und akademischen Interesses. Untersuchungen zu Synthesen von Nitriden unter hohem Druck als auch an nitridische Verbindungen unter diesen Bedingungen führen oftmals zu erstaunlichen und unerwarteten Strukturen und Eigenschaften. Unsere Zusammenarbeit mit Herrn PD Dr. U. Schwarz, am Max-Planck-Institut für Chemische Physik Fester Stoffe in Dresden, lieferte zahlreiche spannende Ergebnisse.

Einige unserer Ergebnisse sind:

  • Die erstmalige Einkristallzucht von ε-Fe3Nx unter Hochtemperatur und Hochdruckbedingungen mit einem Phasenübergang von γ’-Fe4N / ζ-Fe2N zu ε-Fe3Nx. [1, 2]

  • Substitutionsprodukte von ε-Fe3Nx mit Co, Ni oder Ir, unter Hochtemperatur und Hochdruck­bedingungen: neue Phasen Fe2MNx (M = Co, Ni oder Ir). [3, 4]

  • Am ESRF in Grenoble haben wir unvorhergesehenes FeN im NiAs-Typ hergestellt, welches überraschende magnetische Eigenschaften zeigt. [5]

 

ζ-Eisennitrid wandelt sich unter Hochdruck-Hochtemperatur-Bedingungen unter Erhalt der Zusammensetzung in ε-artiges Eisennitrid um (Kristallstrukturen). Bei reiner Druckanwendung bleibt die zeta-artige Ordnung erhalten (Diffraktogramme). (c)
Links: ζ-Eisennitrid wandelt sich unter Hochdruck-Hochtemperatur-Bedingungen unter Erhalt der Zusammensetzung in ε-artiges Eisennitrid um (Kristallstrukturen). Bei reiner Druckanwendung bleibt die zeta-artige Ordnung erhalten (Diffraktogramme). Rechts: Mößbauerspektren von Eisen in Stickstoff nach Laserheizen unter verschiedenen Druckbedingungen zeigen durch unterschiedlichen Magnetismus die Bildung und Zersetzung der Hochdruckhase von FeN an.

[1] R. Niewa, D. Rau, A. Wosylus, K. Meier, M. Hanfland, M. Wessel, R. Dronskowski, D. A. Dzivenko, R. Riedel and U. Schwarz, Chem. Mater., 2009, 21, 392.

[2] K. Guo, D. Rau, J. von Appen, Y. Prots, W. Schnelle, R. Dronskowski, R. Niewa and U. Schwarz, J. Alloys Compd. 2013, 33, 684.

[3] U. Schwarz, A. Wosylus, M. Wessel, R. Dronskowski, M. Hanfland, D. Rau and R. Niewa, Eur. J. Inorg. Chem. 2009, 2009, 1634.

[4] K. Guo, D. Rau, L. Toffoletti, C. Müller, U. Burkhardt, W. Schnelle, R. Niewa and U. Schwarz, Chem. Mater. 2012, 24, 4600.

[5] K. Guo, D. Rau, W. Schnelle, U. Burkhardt, R. Niewa and U. Schwarz, Z. Anorg. Allg. Chem. 2014, 640, 814.

[6] W. P. Clark, S. Steinberg, R. Dronskowski, C. McCammon, I. Kupenko, M. Bykov, L. Dubrovinsky, L. G. Akselrud, U. Schwarz and R. Niewa, Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 7302.

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Prof. Dr. rer. nat.

Rainer Niewa

Professor

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