氮化铜：一种新型光信息记录和锂电池负极材料
迄今为止，对于氮化物的研究主要集中在具有高硬度，高熔点，高化学稳定性和优异光电特性的物质上（如AlN，TiN，MoN和VN等二元金属氮化物），对于一些过渡金属（Cr，Fe，Co，Ni和Cu等）的氮化物研究较少，因为其中的金属和氮元素直接发生化合的机率较小，所以对这些以共价键结合的金属氮化物关注较少[1]。
氮化铜是一种共价键金属氮化物，由于其本身结构的特点，其可应用于光信息存储和高速集成电路领域[2]，实验发现当激光的能量密度在15-20kJ/cm2的范围内就可以在氮化铜膜表面刻蚀出铜的斑点或纳米铜线[3]，氮化铜是一种无毒且稳定的原料，可以替代以碲元素为基的有毒材料作为光记录膜材，此外Nosaka等人发现：在HCl中的氮化铜比Cu更容易被刻蚀，因此在硅片上沉积Cu的金属线时，氮化铜薄膜可以作为掩膜层，这比现在集成电路加工中使用的Al金属线可以获得更高的信号速度[4]。
氮化铜晶体是在1939年由Juza和Hahn采用高温高压法首次制得，随后Zachwieja和Jacobs制备了约为1mm长的氮化铜单晶纳米线，通过XRD发现，晶态的氮化铜是简立方的结构，晶格常数为0.3817nm[5-6]。德国多特蒙德大学物理研究所给出的结构见图1和图2所示，氮化铜薄膜是棕褐色的半透明薄膜，其在湿度为95%，温度为60℃的条件下放置15个月后与初始相比，没有任何光学性能的改变。氮化铜粉末晶体处于非稳态相，颜色为紫黑色，如图3所示，其在真空中360℃左右发生分解，即2Cu3N=6Cu+N2反应。
氮化铜晶胞属于反三氧化铼（anti-ReO3）型立方结构，空间群为Pm3m（221）, XRD如图4所示，Cu原子占据立方晶胞边线的中心，N原子占据立方晶胞的顶点, 由于Cu原子未能占据晶格（111）面的紧密位置，在立方结构中留下了许多空隙，使得这种结构极为特别，当Cu原子或者其他原子填充到这些空隙位置，会引起薄膜光学和电学等性质的显著变化[7-10]。
其中中科院物理研究所的纪爱玲研究员的一项青年科学基金项目：研究课题为《氮化铜结构的金属原子选择占位掺杂问题研究》， 其中讲到：关于氮化铜的选择占位掺杂问题研究刚刚起步，我们拟采用反应溅射、（等）离子束辅助沉积等薄膜生长方法，通过选择合适的金属元素（Mg、Fe、Co、In、Pd及Zn等）对氮化铜薄膜进行选择性占位掺杂，获得一系列高质量、原子结构明晰的新薄膜材料；研究掺杂后薄膜的微观结构；探索实现选择性占位掺杂的有效途经；研究掺杂后薄膜发生半导体金属相变的机理；研究掺杂后薄膜的光电磁性、热稳定性甚至超导电性等新颖的物理性质，为氮化铜基薄膜在光存储器件、半导体器件及其金属化方面的应用提供研究基础。
氮化铜（Cu3N）薄膜的制备通常采用磁控溅射方式[11]，采用铜靶材作为溅射源，如果采用氮化铜靶作为溅射源，有望会获得更佳的薄膜质量，氮化铜是一种在常温下处于亚稳态的半导体材料，它的热分解温度仅为300-450℃，有较高的电阻率以及在红外光和可见光波段有较低的反射率，已成为目前光电存储和电子集成领域中倍受人们青睐的新材料，同时由于氮化铜的可多种离子掺杂特性[12]，其有可能成为一种性能优异的锂电池负极材料。我公司目前已经实现了氮化铜（Cu3N）粉体的批量生产，可以为客户提供高纯超细的氮化铜粉体材料。
此外我公司已开发出氮化铁，氮化锆，氮化锂，氮化钒，氮化锗，氮化镓和氮化铟等氮化物产品40余种，可为客户定制各种纳米和亚微米级的各类氮化物，可应用于LED荧光粉，锂电池、储能材料和催化剂等领域。近期，我公司又成功开发了氮化金、氮化银、氮化铂等贵金属氮化物产品，可以满足批量供货的需求。
参考文献
1、氮化铜薄膜的制备及其物理性能，岳光辉，人工晶体学报，2005，Vol 34
2、光记录材料与铁电材料的制备与性能研究，苗彬彬，硕士论文，兰州大学
3、飞秒激光烧蚀氮化铜薄膜研究，龚鹏，硕士论文，江苏大学
4、氮化物薄膜的制备及其结构与性能研究，杨磊, 硕士论文，华中师范大学
5、一种氮化铜粉体的制备方法，于三三，沈阳化工大学，发明专利CN201110411734.5
6、氮化铜薄膜的研究，肖剑荣，材料导报，2009
7、稀土金属掺杂氮化铜的第一性原理研究，吴振利, 硕士论文，南京邮电大学
8、3d过渡金属掺杂氮化铜的第一性原理研究，陈晃毓, 硕士论文，南京邮电大学
9、氮化铜薄膜及其钨掺杂的结构与性能研究，王海文，硕士论文，大连理工大学
10、氮化铜薄膜的掺杂研究及进展，李晓峰，广州化工，2013
11、射频反应磁控溅射制备氮化铜（Cu3N）薄膜及其性能研究，袁晓梅，硕士论文，兰州大学
12、氮化铜薄膜作为锂离子电池的负极材料，刘震，电源技术，2008