中國粉體網訊  北京高壓科學研究中心董校和同濟大學任捷老師組合作通過理論預測發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良的力學性能。近日被《納米快報》報道。

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的材料，也是人類從石器時代開始使用的使用時間最長的材料。其中二氧化硅的一個最主要的應用為電容器中的介電材料。而電子學告訴我們，電介質越薄其電容就越大。因此對只有幾個原子層厚度的二維二氧化硅材料的研究就具有重要意義。

課題組通過遺傳算法預測出了三種新型準二維的SiO2結構。計算發現三種結構都具有負泊松比的特殊性質。“我們日常生活中用到的材料都具有正的泊松比，這就意味著如果你延著一個方向拉伸，在另一個方向上會出現收縮進而出現斷裂損壞。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方向上不僅不會收縮減小，反而會進一步膨脹。這種材料可以制造完美的安全帶，防彈衣，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。”本文第一作者高志斌解釋。

董校博士認為，SiO2的負泊松比是由于其三維的結構化學規律在低維條件下被破壞造成的。即證明這三種新型的二維SiO2材料的負泊松比來源是低維效應。在三維空間中，晶體結構遵循結構化學定律 — 鮑林定律。然而，在低維如二維空間中，這些定律將不再適用。低維系統中獨有的原子排列方式將會給材料帶來新穎的性質，這種性質是三維系統中很難看到的。該工作中的二維氧化硅的平面負泊松比來源于特殊的晶格結構對稱性與硅氧四面體在低維系統下的耦合造成的，也就是說，二維氧化硅材料的平面負泊松比是由低維效應造成的。

“確實有少數類似的低維材料具有負的泊松比，但是我們的SiO2的負泊松比是五角石墨烯的兩倍，是硼烯的三倍。”董校博士進一步補充說。

除此之外，二維的二氧化硅具有所有已發現二維材料中最大的能隙，7.6 eV，是之前報道具有最大電子帶隙六方氮化硼 4.7 eV的1.6倍。“我們相當于把二維材料的能隙拓展到了一片新的區域。與熱門的半金屬性石墨烯，半導體性的MoS2和黑磷不同，二維二氧化硅是現在已知的最絕緣的二維材料”董校博士說到。

材料的透光性與材料的厚度和能隙具有很大關系。結構優化顯示，新發現的SiO2要薄于其他準二維材料。 因此，二維二氧化硅可以被認為是實際上已知的最透明的材料。

“二維二氧化硅將在納米力學和納米電子學方面具有重要的潛在應用價值，如果這些材料能被合成將會被用于制造更小更薄電容量更大更敏感的電容器，也許會對手機屏幕制造等領域產生重要影響。”董校補充到，“SiO2還在晶體管和異質節制造過程中，被當成絕緣層廣泛的使用，所以二維的SiO2可以幫助我們制造更薄更小的晶體管，也可以幫助人們觀測低維條件下的量子效應，比如在電子晶體管和異質節中的電子隧穿。”