中國(guó)粉體網(wǎng)訊 北京高壓科學(xué)研究中心董校和同濟(jì)大學(xué)任捷老師組合作通過(guò)理論預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)了三種新的二維二氧化硅結(jié)構(gòu)。三種新的層狀二氧化硅結(jié)構(gòu)均表現(xiàn)出異常的負(fù)泊松比，由此而表現(xiàn)出異常而優(yōu)良的力學(xué)性能。近日被《納米快報(bào)》報(bào)道。
四種二維SiO2泊松比示意圖
二氧化硅是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ?jiàn)的材料，也是人類從石器時(shí)代開(kāi)始使用的使用時(shí)間最長(zhǎng)的材料。其中二氧化硅的一個(gè)最主要的應(yīng)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(duì)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(yù)測(cè)出了三種新型準(zhǔn)二維的SiO2結(jié)構(gòu)。計(jì)算發(fā)現(xiàn)三種結(jié)構(gòu)都具有負(fù)泊松比的特殊性質(zhì)�！拔覀�?nèi)粘Ｉ钪杏玫降牟牧隙季哂姓牟此杀�，這就意味著如果你延著一個(gè)方向拉伸，在另一個(gè)方向上會(huì)出現(xiàn)收縮進(jìn)而出現(xiàn)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安全帶，防彈衣，減震材料，消音材料，也可以用于修補(bǔ)因拉伸導(dǎo)致的材料損傷。”本文第一作者高志斌解釋。
董校博士認(rèn)為，SiO2的負(fù)泊松比是由于其三維的結(jié)構(gòu)化學(xué)規(guī)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(fù)泊松比來(lái)源是低維效應(yīng)。在三維空間中，晶體結(jié)構(gòu)遵循結(jié)構(gòu)化學(xué)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(tǒng)中獨(dú)有的原子排列方式將會(huì)給材料帶來(lái)新穎的性質(zhì)，這種性質(zhì)是三維系統(tǒng)中很難看到的。該工作中的二維氧化硅的平面負(fù)泊松比來(lái)源于特殊的晶格結(jié)構(gòu)對(duì)稱性與硅氧四面體在低維系統(tǒng)下的耦合造成的，也就是說(shuō)，二維氧化硅材料的平面負(fù)泊松比是由低維效應(yīng)造成的。
“確實(shí)有少數(shù)類似的低維材料具有負(fù)的泊松比，但是我們的SiO2的負(fù)泊松比是五角石墨烯的兩倍，是硼烯的三倍。”董校博士進(jìn)一步補(bǔ)充說(shuō)。
除此之外，二維的二氧化硅具有所有已發(fā)現(xiàn)二維材料中最大的能隙，7.6 eV，是之前報(bào)道具有最大電子帶隙六方氮化硼 4.7 eV的1.6倍�！拔覀兿喈�(dāng)于把二維材料的能隙拓展到了一片新的區(qū)域。與熱門的半金屬性石墨烯，半導(dǎo)體性的MoS2和黑磷不同，二維二氧化硅是現(xiàn)在已知的最絕緣的二維材料”董校博士說(shuō)到。
材料的透光性與材料的厚度和能隙具有很大關(guān)系。結(jié)構(gòu)優(yōu)化顯示，新發(fā)現(xiàn)的SiO2要薄于其他準(zhǔn)二維材料。 因此，二維二氧化硅可以被認(rèn)為是實(shí)際上已知的最透明的材料。
“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(yīng)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(duì)手機(jī)屏幕制造等領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響�！倍Ｑa(bǔ)充到，“SiO2還在晶體管和異質(zhì)節(jié)制造過(guò)程中，被當(dāng)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(cè)低維條件下的量子效應(yīng)，比如在電子晶體管和異質(zhì)節(jié)中的電子隧穿。”
