中國粉體網(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理論預(yù)測發(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》報道。
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姷牟牧希彩侨祟悘氖鲿r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(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(yù)測出了三種新型準(zhǔn)二維的SiO2結(jié)構(gòu)。計算發(fā)現(xiàn)三種結(jié)構(gòu)都具有負(fù)泊松比的特殊性質(zhì)。“我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫降牟牧隙季哂姓牟此杀龋@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(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方向上不僅不會收縮減小，反而會進(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給材料帶來新穎的性質(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)泊松比來源于特殊的晶格結(jié)構(gòu)對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，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。
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(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(jī)屏幕制造等領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。”董校補(bǔ)充到，“SiO2還在晶體管和異質(zhì)節(jié)制造過程中，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。”
