二氧化硅（SiO?）是由硅氧四面体结构单元构成的共价化合物，分子量60.08，存在结晶型（如α-石英熔点1610℃）和无定形态（软化温度约1200℃）两种主要形态。其化学性质表现为高度稳定性：耐强酸（除氢氟酸外溶解率<0.1%）、抗氧化（1000℃下氧扩散系数10?1?cm2/s），表面硅羟基（密度4-6个/nm2）赋予其独特的两亲性。晶体结构具有压电效应（石英晶体d??=2.3×10?12C/N），而介孔二氧化硅（孔径2-50nm）比表面积可达1000m2/g。在纳米尺度展现出量子限域效应（粒径<5nm时带隙从9eV调整至3eV），紫外吸收边红移达60nm。水合产物硅胶的吸水能力达40%（相对湿度90%时），且吸附热仅为40kJ/mol，优于分子筛材料。

该材料的核心优势在于其可调控的多尺度特性。高纯度石英玻璃（杂质<1ppm）的透光范围0.15-4μm，紫外透过率比普通玻璃高80%，成为深紫外光刻机的关键光学元件。气相法白炭黑（粒径7-40nm）作为橡胶补强剂，可使轮胎耐磨性提升300%，滚动阻力降低20%。介孔二氧化硅载药系统的包封率>95%，缓释时间延长至72小时，比聚合物载体提高5倍。相较于传统材料，其优势包括：更高的热导率（纳米线达100W/m·K）、更低的介电常数（多孔薄膜k=1.8）、更强的表面修饰能力（官能团接枝密度达3μmol/m2）。在新能源领域，硅碳负极材料（SiO?/C）使锂电池容量提升至1500mAh/g，循环稳定性达1000次；而疏水改性二氧化硅作为质子交换膜添加剂，使燃料电池效率提高15%。环境治理中，磁性二氧化硅复合材料对重金属离子的吸附容量达400mg/g，再生使用20次后效率仍保持90%以上。