Hochdrucksynthese neuer Nitride vom Typ M3-xAxN4 (M, A=V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Pb; 0«=x«=3) und ihre Eigenschaften

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Im vorliegenden Vorhaben sollen Experimente zur Synthese neuer binärer und ternärer Nitride vom Typ A3-xBxN4(A,B = Ti,Zr,Hf, C,Si,Pb; 0< x <3) unter hohen Drücken und Temperaturen durchgeführt werden. Es soll überprüft werden, ob diese Verbindungen, wie theoretisch vorhergesagt, Spinell-Struktur aufweisen. Elastische, mechanische und optoelektronische Eigenschaften von (meta)stabilen Phasen sollen untersucht werden. Die SyntheseExperimente sollen vorerst in lasergeheizten DiamantstempelHochdruckzellen unter hohen Drücken (bis 50 GPa) bei Temperaturen zwischen 1000 und 4000 K durchgeführt werden. Größere Mengen neuer Nitride sollen ggfs. mittels Vielstempel-Hochdruckapparaturen hergestellt werden. Im einzelnen soll in folgenden Richtungen gearbeitet werden: (1) Untersuchung der Herstellbarkeit binärer Spinell-Nitride vom Typ A3B4(A = Ti,Zr,Hf) in Analogie zu den jüngst entdeckten Spinell-Nitriden der Elemente der IV. Hauptgruppe Si3N4Ge3N4 und Sn3N4. Ermittlung von niedrigsten Druck- und Temperaturbedingungen, die für die Synthese notwendig sind. Falls die herstellbaren neuen Phasen keine Spinell-Struktur aufweisen, soll zusätzlich deren Struktur ermittelt werden. (2) Die Härte, Breite elektronische Bandlücke, Kompressions- und Schubmoduln der herstellbaren neuen Phasen sollen bei Raumtemperatur gemessen werden. (3) Untersuchung der Herstellbarkeit ternärer Spinell-Nitride vom Typ A3-xN4(A,B = Ti,Zr,Hf,C,Si,Ge,Sn; x=1 oder 2) und Bestimmung ihrer Eigenschaften (wie in Punkten 1 und 2). Sechs dieser Verbindungen sollen, nach theoretischen Berechnungen, stabiler sein als die Mischungen der binären Randsysteme. Von besonderem Interesse sind hier die Eigenschaften von Ti2CN4, das ein superhartes Material sein könnte. Für die feste Lösung Si3-xTixN4 (0< x< 0,9) wurde die Möglichkeit vorhergesagt, durch die Variation von x die Breite der elektronischen Bandlücke zwischen 0 und 3.45 eV stufenlos einstellen zu können. (4) Es soll untersucht werden, ob auch Pb3N4 bei hohen Drücken und Temperaturen Spinell-Struktur annimmt. Damit wäre die Familie von Spinell-Nitriden der Elemente der IV. Hauptgruppe, mit Ausnahme von Kohlenstoff, komplett.