二氧化硅（SiO?）是由硅氧四面體結構單元構成的共價化合物，分子量60.08，存在結晶型（如α-石英熔點1610℃）和無定形態（軟化溫度約1200℃）兩種主要形態。其化學性質表現為高度穩定性：耐強酸（除氫氟酸外溶解率<0.1%）、抗氧化（1000℃下氧擴散系數10?1?cm2/s），表面硅羥基（密度4-6個/nm2）賦予其獨特的兩親性。晶體結構具有壓電效應（石英晶體d??=2.3×10?12C/N），而介孔二氧化硅（孔徑2-50nm）比表面積可達1000m2/g。在納米尺度展現出量子限域效應（粒徑<5nm時帶隙從9eV調整至3eV），紫外吸收邊紅移達60nm。水合產物硅膠的吸水能力達40%（相對濕度90%時），且吸附熱僅為40kJ/mol，優于分子篩材料。

該材料的核心優勢在于其可調控的多尺度特性。高純度石英玻璃（雜質<1ppm）的透光范圍0.15-4μm，紫外透過率比普通玻璃高80%，成為深紫外光刻機的關鍵光學元件。氣相法白炭黑（粒徑7-40nm）作為橡膠補強劑，可使輪胎耐磨性提升300%，滾動阻力降低20%。介孔二氧化硅載藥系統的包封率>95%，緩釋時間延長至72小時，比聚合物載體提高5倍。相較于傳統材料，其優勢包括：更高的熱導率（納米線達100W/m·K）、更低的介電常數（多孔薄膜k=1.8）、更強的表面修飾能力（官能團接枝密度達3μmol/m2）。在新能源領域，硅碳負極材料（SiO?/C）使鋰電池容量提升至1500mAh/g，循環穩定性達1000次；而疏水改性二氧化硅作為質子交換膜添加劑，使燃料電池效率提高15%。環境治理中，磁性二氧化硅復合材料對重金屬離子的吸附容量達400mg/g，再生使用20次后效率仍保持90%以上。