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新发现最透明材料二维二氧化硅,具有特殊负泊松比
时间:2017-03-09 09:40:34  来源:  作者:

   北京高压科学研究中心董校和同济大学任捷老师组合作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,由此而表现出异常而优良的力学性能。《纳米快报》近日报道了这一研究成果。

 
四种二维SiO2泊松比示意图
四种二维SiO2泊松比示意图
 
 
  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的使用时间最长的材料。其中二氧化硅的一个最主要的应用为电容器中的介电材料。而电子学告诉我们,电介质越薄其电容就越大。因此对只有几个原子层厚度的二维二氧化硅材料的研究就具有重要意义。
  课题组通过遗传算法预测出了三种新型准二维的SiO2结构。计算发现三种结构都具有负泊松比的特殊性质。我们日常生活中用到的材料都具有正的泊松比,这就意味着如果你延着一个方向拉伸,在另一个方向上会出现收缩进而出现断裂损坏。但是我们找到的二维SiO2不是这样的,如果你在x方向上拉伸,y方向上不仅不会收缩减小,反而会进一步膨胀。这种   材料可以制造完美的减震材料,消音材料,也可以用于修补因拉伸导致的材料损伤。
  研究发现二维氧化硅的平面负泊松比是由于特殊的晶格结构对称性与硅氧四面体在低维系统下的耦合造成的,也就是说,二维氧化硅材料的平面负泊松比是由低维效应造成的。这种SiO2的负泊松比是五角石墨烯的两倍,是硼烯的三倍。
  除此之外,二维的二氧化硅具有所有已发现二维材料中最大的能隙7.6 eV,材料的透光性与材料厚度和能隙具有很大关系。结构优化显示,新发现的SiO2要薄于其他准二维材料,也是实际上已知的最透明材料,也是最绝缘的二维材料。
   二维二氧化硅将在纳米力学和纳米电子学方面具有重要的潜在应用价值,如果这些材料能被合成将会被用于制造更小更薄电容量更大更敏感的电容器,也许会对手机屏幕制造等领域产生重要影响。
  SiO2还在晶体管和异质节制造过程中,被当成绝缘层广泛使用,所以二维二氧化硅可以帮助我们制造更薄更小的晶体管,也可以帮助人们观测低维条件下的量子效应,比如在电子晶体管和异质节中的电子隧穿。
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