（来源：第三代半导体产业）
7月21日消息，国际顶级学术期刊《自然》近日刊发了一项材料学重磅突破：美国芝加哥大学与阿贡国家实验室团队成功攻克了金属氮化物纳米晶体合成的世界性难题。由Dmitri Talapin教授领衔的研究团队，首次将氮化镓（GaN）、氮化钛（TiN）、氮化铌（NbN）等关键材料制备成胶体纳米晶体，打破了该领域长达三十年的沉寂。
芝加哥大学科学家首次用氮化镓制造出纳米晶体，此前这被认为是“不可能的任务”。
首次用氮化镓制造出的纳米晶体 图源：芝加哥大学
纳米晶体是尺度处于纳米量级的微观晶体结构。材料缩小至纳米尺度后，光学响应、化学反应活性与量子效应将发生显著改变，展现出区别于块体材料的独特性能。然而长久以来，能够实现胶体纳米晶可控合成的材料体系十分有限。众多具备优异性能的功能材料，受合成工艺桎梏难以实现纳米尺度加工，金属氮化物便是典型代表。
金属氮化物由金属元素与氮元素键合形成，兼具高硬度、高热稳定性、耐腐蚀性与优良电学特性，产业价值突出。其中氮化镓作为第三代半导体核心材料，已大规模应用于 LED 照明、新型显示与功率半导体器件；氮化钛凭借耐磨特性与生物相容性，广泛用于硬质防护涂层、医用植入材料；氮化铌属于典型超导材料，在超导电路、量子器件领域具备巨大应用潜力。
但金属 - 氮化学键键能高、结构稳定性极强，晶体生长阶段原子重排难度极大，科研人员无法沿用传统量子点合成思路精准调控成核与生长过程，很难制备分散性良好的金属氮化物纳米晶体，长期限制该类材料向纳米器件方向延伸。
针对这一瓶颈，Talapin 团队跳出传统有机溶剂合成体系，创新提出熔融无机盐 + 高压氨气合成新策略。研究选用熔融无机盐作为反应介质，构建高温稳定的液相生长环境；通过系统性实验筛选，确定温度与氨气压力最优匹配区间，驱动金属 - 氮化学键可逆断裂与重组，实现纳米晶体形貌、尺寸精准调控。
实验证实，氨气压力是决定产物形貌的核心变量。以三氯化钒与氨气反应体系为例，500℃条件下，氨气压力 0.1 兆帕时产物严重团聚；当压力提升至 2.0 兆帕，即可获得尺寸均一、分散性优异的单分散纳米晶体。结合密度泛函理论计算与分子动力学模拟，团队进一步厘清内在机理：氨分子与亚氨根离子吸附在纳米晶表面形成富氮层，同时诱导熔盐离子有序排布，从根源抑制纳米颗粒团聚。
依托这套通用合成方法，研究团队成功制备 TiN、VN、GaN、NbN、Mo₂N、Ta₃N₅、TaN、W₂N以及三元氮化物 Ti₁₋ₓVₓN等近十种胶体金属氮化物纳米晶体。该项成果具备四重核心价值：
第一，建立金属氮化物胶体纳米晶通用液相合成路线，突破传统有机溶剂温度上限，填补该类材料溶液可加工制备领域空白；
第二，完整阐明氨气压力调控成核动力学、表面界面行为与胶体稳定性的物理化学机制，揭示亚氨根表面修饰与熔盐离子层协同抗团聚界面规律；
第三，所得 GaN 纳米晶实现紫外带边发光，TiN、VN 展现生物窗口等离激元效应，NbN 保留超导特性，同时这套工艺可产出目前均匀性最优、比表面积更高的金属氮化物纳米颗粒；
第四，熔融盐耦合高压气氛的胶体合成范式，具备拓展潜力，有望推广至碳化物、硼化物、金刚石等强共价键纳米晶体系。
胶体纳米晶体可稳定分散于溶液体系，能够与高分子基材复合，适配喷墨打印等低成本制
造工艺，支撑柔性电子规模化制造。面向产业化方向，GaN 胶体纳米晶有望赋能柔性照明与下一代显示技术；TiN 纳米晶将推动柔性医用器件发展；NbN 超导纳米晶体，则为微型化超导元器件、量子器件提供全新实现路径。
业内表示，本次发表于《自然》的研究打通了多种金属氮化物胶体纳米晶稳定制备通道，推动该系列高性能材料从传统块体、薄膜形态，迈向可印刷、柔性集成的全新形态，为光电子、功率半导体、生物医疗、超导科技领域带来全新研发方向。
文献信息：
Lin, R., Khokhar, V., Jiang, N. et al. Ammonia pressure controls colloidal metal nitride synthesis in molten salts. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10801-3
