元素百科介绍二维二氧化硅研究取得新进展。北京高压科学研究中心董校与同济大学任杰先生通过理论预测发现了三种新的二维二氧化硅结构。三种新的层状二氧化硅结构均表现出异常的负泊松比，从而表现出异常优异的机械性能。
二氧化硅材料的应用
二氧化硅是我们日常生活中最常见的材料，也是人类从石器时代开始使用时间最长的材料。二氧化硅的主要应用之一是电容器中的介电材料。电子学告诉我们，介质越薄，电容器就越大。因此，研究只有少数原子层厚度的二维二氧化硅材料具有重要意义。
二维二氧化硅结构预测
研究小组通过遗传算法预测了三种新型的准二维SiO2结构。计算发现，这三种结构都具有负泊松比的特殊性。“我们日常生活中使用的材料都有正泊松比，这意味着如果你向一个方向拉伸，它会在另一个方向收缩，然后断裂和损坏。但我们发现的二维SiO2并非如此。如果你向x方向拉伸，y方向不会缩小，但会进一步膨胀。该材料可制成完美的安全带、防弹衣、减震材料、消声材料，也可用于修复拉伸造成的材料损伤。本文第一作者高志斌解释说。
董校博士认为，SiO2的负泊松比是由于其三维结构化学规律在低维条件下被破坏造成的。也就是说，这三种新型二维SiO2材料的负泊松比来源是低维效应。晶体结构在三维空间中遵循结构化学定律 — 鲍林定律。然而，这些定律将不再适用于低维空间，如二维空间。低维系统中独特的原子排列会给材料带来新颖的性质，这在三维系统中很难看到。工作中二维氧化硅的平面负泊松比来自于低维系统下特殊晶格结构对称性与硅氧四面体的耦合，即二维氧化硅材料的平面负泊松比是由低维效应引起的。
董校博士进一步补充说：“类似的低维材料确实有负泊松比，但我们的SiO2负泊松比是五角石墨烯的两倍，是硼烯的三倍。”。
此外，二维二氧化硅在所有发现的二维材料中都有最大的能量间隙，7.6 eV，之前的报道是六方氮化硼，电子带隙最大 4.7 EV的1.6倍。董校博士说：“我们相当于将二维材料的能量间隙扩展到一个新的区域。与流行的半金属石墨烯、半导体MOS2和黑磷不同，二维二氧化硅是最绝缘的二维材料。
材料的透光性与材料的厚度和能量间隙密切相关。结构优化表明，新发现的SiO2比其他准二维材料薄。 因此，二维二氧化硅实际上被认为是最透明的材料。
“二维二氧化硅将在纳米力学和纳米电子学中具有重要的潜在应用价值。如果这些材料可以合成，它们将被用来制造更小、更薄、更大、更敏感的电容器，这可能对手机屏幕制造和其他领域产生重要影响。董校补充说：“SiO2仍被广泛用作晶体管和异质节制造过程中的绝缘层，因此二维SiO2可以帮助我们制造更薄更小的晶体管，也可以帮助人们观察低维条件下的量子效应，如电子晶体管和异质节中的电子隧道穿透。”
