بوروفين. مثل الجرافين، لكنه أفضل.

الجرافين المصنوع من البورون

Material sciences keep making new discoveries, one of them being 2D materials. They are materials organized into a thin layer of only one atom, hence the moniker. The first one was الجرافين أحادي الطبقة، الذي تم إنتاجه بثقة فقط في عام 2004, although the idea and theory about it were much older, and which would lead to its discoverers winning the 2010 Nobel Prize in physics.

البوروفين، وهو مادة ثنائية الأبعاد أخرى، أحدث من ذلك، إذ تم اكتشافه فقط في عام 2015. يتكون من ذرات البورون بدلاً من ذرات الكربون المستخدمة في الجرافين. إنه أكثر توصيلًا، أرق، أخف وزنًا، أقوى، وأكثر مرونة من الجرافين، على الرغم من أن الجرافين غالبًا ما يُوصف بأنه مادة معجزة.

المصدر: Nature

نظرًا لأنه جديد جدًا، ما زلنا نعرف القليل عن الخصائص الفعلية والإمكانات الكاملة للبوروفين. إنه مادة أكثر تعقيدًا من الجرافين، مع العديد من التكوينات الجزيئية الممكنة مع الحفاظ على خصائصه ثنائية الأبعاد. يمكن لهياكل بوروفين الجزيئية أن تستوعب أنواعًا أخرى من الذرات، مما يجعل عدد التكوينات المحتملة أكثر كثافة.

المصدر: Frontiers of Physics

وما زال إمكانات البوروفين تتزايد، حيث اكتشف باحثون في جامعة بن ستيت طرقًا لتحسين البوروفين، كما درسوا تفاعله مع الخلايا الحية.

بوروفين متماثل جديد

في منشور علمي بعنوان “تحفيز التماثل الضوئي في رقائق بوروفين ثنائية الأبعاد عبر ربط بورون‑كبريت انتقائي استريو”، ركز باحثو جامعة بن ستيت على ميزة فريدة للبوروفين بين المواد ثنائية الأبعاد، وهي “التماثل الضوئي” المحتمل. التماثل الضوئي هو مصطلح كيميائي يعني أن للجزيئات تماثل يسار/يمين. التماثل الضوئي ميزة مهمة للجزيئات العضوية، على سبيل المثال الأحماض الأمينية التي تشكل اللبنات الأساسية للبروتينات.

المصدر: UC Santa Barbara

من خلال التفاعل مع الأحماض الأمينية المتماثلة مثل السيستين أثناء عملية الإنتاج، تمكن الباحثون من إضفاء التماثل الضوئي على البوروفين، وهو أول مرة في تاريخ المواد ثنائية الأبعاد.

في الجزيئات، يمكن للتماثل الضوئي أن يجعل الوحدات البيولوجية أو الكيميائية توجد بنسختين لا يمكن مطابقتها تمامًا، كما هو الحال في القفاز الأيسر والقفاز الأيمن. يمكنهما أن يعكسا بعضهما البعض بدقة، لكن القفاز الأيسر لن يناسب اليد اليمنى كما يناسب اليد اليسرى.

Pr. Dipanjan Pan

استخدام التماثل الضوئي في الرعاية الصحية

قام الباحثون بتصنيع رقائق بوروفين، مشابهة لكيفية دخول شظايا البوروفين إلى مجرى الدم. اكتشفوا أن الخصائص المتماثلة للنسخ المختلفة من البوروفين تتفاعل بشكل مختلف مع أغشية الخلايا، وتدخل الخلايا بطرق مختلفة.

هذا يفتح الطريق لتصميم هياكل بوروفين مخصصة لتطبيقات مثل “تطوير تصوير طبي عالي الدقة مع تباين يمكنه تتبع تفاعلات الخلايا بدقة أو تحسين توصيل الأدوية من خلال تفاعلات مادة‑خلية محددة بدقة”.

فهم أفضل لكيفية تفاعل بنية البوروفين مع الخلايا الحية سيساعد أيضًا في توضيح ملفه الأمني.

يمكن أن يؤدي ذلك أيضًا إلى أجهزة طبية قابلة للزرع أكثر أمانًا وفعالية تستفيد من الخصائص الفريدة للبوروفين. ليس فقط لأنه مادة خفيفة جدًا وقوية، بل يتيح البوروفين أيضًا التحكم المغناطيسي والإلكتروني الفعال.

لذلك، يمكن أيضًا استخدام البوروفين لتطوير أجهزة استشعار حيوية أو أنظمة بيوميكانيكية.

تطبيقات أخرى للبوروفين

على غرار الجرافين، يُعد البوروفين مادة واعدة للعديد من التطبيقات التقنية المتقدمة. من بينها:

• الضوئيات الحوسبة: على وجه الخصوص، يمكن استخدام البوروفين في الليزر لتطبيقات الضوئيات.
• التحفيز, خاصةً للتفاعل مع الهيدروجين والأكسجين. يمكن أيضًا استخدامها لتخزين الهيدروجين بشكل أكثر كفاءة.
• المستشعرات, خاصةً للغازات, ولكن أيضًا كما ذكر تصوير حيوي مثل التصوير الفلوري, التصوير الحراري الضوئي, والتصوير الصوتي الضوئي.
• البطاريات, بما في ذلك لصنع أقطاب سالب من البوروفين.
• الطاقة المتقدمة, بما في ذلك المكثفات الفائقة والموصلات الفائقة.

قد تستفيد هذه التطبيقات من البوروفين المتماثل، وسيتعين اختبار المادة الجديدة لكل منها على حدة.

شركات البوروفين المحتملة

كمادة اكتُشفت منذ أقل من عقد من الزمن، لا يزال البوروفين بعيدًا عن الإنتاج الضخم ومقتصرًا في الغالب على مختبرات علوم المواد (وربما قريبًا مختبرات الأحياء؟).

مع ذلك، الطريقة التي تم من خلالها تصنيع البوروفين لأول مرة في عام 2015، وهي طريقة تُسمى “الترسيب الكيميائي للبخار” أو CVD، ليست تقنية جديدة. تُستخدم عادةً في صناعة أشباه الموصلات لإنتاج الدوائر المتكاملة وأنظمة الخلايا الشمسية (الألواح الضوئية).

يُستخدم CVD لإنشاء طبقات فائقة الرقة من السيليكون، التنغستن، الجرافين، وحتى الألماس الصناعي. لذا أي شركة رائدة بالفعل في معدات CVD يمكن أن تصبح مستفيدًا رئيسيًا من النطاق المتزايد لتطبيقات الجرافين والآن البوروفين.

يُعد CVD جزءًا من الأدوات التي تستخدمها العديد من شركات أشباه الموصلات التي أدرجناها في “أفضل 10 أسهم لمعدات أشباه الموصلات لدعم التصنيع”. لكن بعض الشركات مرتبطة بتقنية CVD بشكل أقوى من غيرها النشطة في أجزاء مختلفة من عملية تصنيع أشباه الموصلات.

1. Veeco

تُعد Veeco موردًا رئيسيًا للمعدات لصناعة أشباه الموصلات منذ تأسيسها عام 1945. تُستخدم أجهزتها في إنتاج شرائح EUV المتقدمة، هوائيات 5G، الأقراص الصلبة، LIDAR، LED، الإلكترونيات القوية للسيارات الكهربائية، وغيرها.

المصدر: Veeco

التركيز التكنولوجي الرئيسي للشركة هو نفس عملية CVD المستخدمة في إنتاج البوروفين، أو بدقة أكثر MOCVD (الترسيب الكيميائي للغازات العضوية المعدنية).

المصدر: Veeco

كقائد في هذا القطاع المتخصص من صناعة أشباه الموصلات، قد تكون Veeco مرشحًا جيدًا للمراهنة على صعود المزيد من تطبيقات CVD الناجمة عن الاستخدام المتزايد للجرافين، التنغستن، والبوروفين، مع تحسننا المستمر في التحكم بالمادة على المستوى الذري.

من المرجح أيضًا أن تستفيد من الاتجاهات الضخمة في الرقمنة، الذكاء الاصطناعي، والكهربائية.

2. Ulvac (6728.T)

الشركة اليابانية Ulvac متخصصة في تكنولوجيا الفراغ، خاصةً المستخدمة في CVD وتطبيقات أشباه الموصلات. وهذا يجعلها موردًا رئيسيًا للمعدات لمنتجي الرقائق، LED، الخلايا الشمسية، البطاريات، وغيرها.

المصدر: Ulvac

تعمل الشركة أيضًا في أسواق أخرى، ولا سيما شاشات FPD (شاشات العرض المسطحة) مثل الشاشات والتلفزيونات. كما تنتج قطعًا من معادن عالية الأداء مثل التيتانيوم، التنتالوم، الزركونيوم، النيوبيا، وغيرها، بالإضافة إلى معدات صناعية لمجموعة واسعة من التطبيقات (قطع محركات الاحتراق الداخلي، مواد مغناطيسية، تجفيف أو تنقية الأدوية، تجفيف فراغي للأغذية).

المصدر: Ulvac Q3 2024

تقنية Ulvac حاسمة لعملية CVD، ومن المرجح أن تستفيد مبيعاتها من التطبيقات الجديدة والطلب المتزايد على المواد المتقدمة التي تتطلب فراغًا مثل البطاريات، الرقائق، الألواح الشمسية، المغناطيسات، LED، الشاشات، الأدوية المتقدمة، وغيرها.

ومع ذلك، بفضل نطاق التطبيقات المحتمل الأوسع، فإنها أقل اعتمادًا على نشاط صناعة أشباه الموصلات مقارنةً بشركات CVD النقية مثل Veeco.

نظرًا لدورية نشاط الأعمال لموردي معدات تصنيع أشباه الموصلات، يجعل ذلك من Ulvac استثمارًا أقل تقلبًا على الأرجح. كما أنه سيكون أقل تعرضًا لمخاطر حروب التجارة المتصاعدة بين الولايات المتحدة والصين في صناعة أشباه الموصلات.