北京高壓科學(xué)研究中心董校和同濟大學(xué)任捷老師組合作通過(guò)理論預測發(fā)現了三種新的二維二氧化硅結構。三種新的層狀二氧化硅結構均表現出異常的負泊松比，由此而表現出異常而優(yōu)良的力學(xué)性能?！都{米快報》近日報道了這一研究成果。
四種二維SiO2泊松比示意圖
二氧化硅是我們日常生活中最常見(jiàn)的材料，也是人類(lèi)從石器時(shí)代開(kāi)始使用的使用時(shí)間最長(cháng)的材料。其中二氧化硅的一個(gè)最主要的應用為電容器中的介電材料。而電子學(xué)告訴我們，電介質(zhì)越薄其電容就越大。因此對只有幾個(gè)原子層厚度的二維二氧化硅材料的研究就具有重要意義。
課題組通過(guò)遺傳算法預測出了三種新型準二維的SiO2結構。計算發(fā)現三種結構都具有負泊松比的特殊性質(zhì)。我們日常生活中用到的材料都具有正的泊松比，這就意味著(zhù)如果你延著(zhù)一個(gè)方向拉伸，在另一個(gè)方向上會(huì )出現收縮進(jìn)而出現斷裂損壞。但是我們找到的二維SiO2不是這樣的，如果你在x方向上拉伸，y方向上不僅不會(huì )收縮減小，反而會(huì )進(jìn)一步膨脹。這種 材料可以制造完美的減震材料，消音材料，也可以用于修補因拉伸導致的材料損傷。
研究發(fā)現二維氧化硅的平面負泊松比是由于特殊的晶格結構對稱(chēng)性與硅氧四面體在低維系統下的耦合造成的，也就是說(shuō)，二維氧化硅材料的平面負泊松比是由低維效應造成的。這種SiO2的負泊松比是五角石墨烯的兩倍，是硼烯的三倍。
除此之外，二維的二氧化硅具有所有已發(fā)現二維材料中最大的能隙7.6 eV，材料的透光性與材料厚度和能隙具有很大關(guān)系。結構優(yōu)化顯示，新發(fā)現的SiO2要薄于其他準二維材料，也是實(shí)際上已知的最透明材料，也是最絕緣的二維材料。
二維二氧化硅將在納米力學(xué)和納米電子學(xué)方面具有重要的潛在應用價(jià)值，如果這些材料能被合成將會(huì )被用于制造更小更薄電容量更大更敏感的電容器，也許會(huì )對手機屏幕制造等領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。
SiO2還在晶體管和異質(zhì)節制造過(guò)程中，被當成絕緣層廣泛使用，所以二維二氧化硅可以幫助我們制造更薄更小的晶體管，也可以幫助人們觀(guān)測低維條件下的量子效應，比如在電子晶體管和異質(zhì)節中的電子隧穿。
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