Borophene. Som grafen, men bedre.

Grafen lavet af bor

Materialvidenskaben fortsætter med at gøre nye opdagelser, hvoraf en er 2D-materialer. De er materialer organiseret i et tyndt lag bestående af kun én atom, deraf navnet. Den første var enlagsgrafen, som først blev produceret med sikkerhed i 2004, selvom idéen og teorien om den er meget ældre, og som førte til, at opdagelsesrejsende vandt Nobelprisen i fysik i 2010.

Borophene, et andet 2D-materiale, er endnu nyere og blev først opdaget i 2015. Det er lavet af boratomer i stedet for de kulstofatomer, der bruges i grafen. Det er endnu mere ledende, tyndere, lettere, stærkere og mere fleksibelt end grafen, selvom grafen ofte beskrives som et mirakelmateriale.

Kilde: Nature

Fordi det er så nyt, ved vi stadig meget lidt om de faktiske egenskaber og det fulde potentiale for borophene. Det er et materiale, der er endnu mere komplekst end grafen, med mange mulige molekylære konfigurationer, mens det bevarer sine 2D-egenskaber. Borophene’s molekylære strukturer kan have plads til at acceptere andre typer atomer, hvilket gør de potentielle konfigurationer endnu flere.

Kilde: Frontiers of Physics

Og potentialet for borophene fortsætter med at vokse, da forskere ved Penn State har opdaget, hvordan man kan forbedre borophene, og også har undersøgt, hvordan det interagerer med levende celler.

Ny chiral borophene

I en videnskabelig publikation med titlen “Chiral Induction in 2D Borophene Nanoplatelets through Stereoselective Boron–Sulfur Conjugation” fokuserede forskerne fra Penn State på en unik egenskab ved borophene blandt 2D-materialer, dens potentielle “chirality”. Chirality er et kemisk begreb, der betyder, at molekyler har en venstre/højre symmetri. Chirality er en vigtig egenskab ved organiske molekyler, for eksempel aminosyrerne, som er byggestenene i proteiner.

Kilde: UC Santa Barbara

Det er gennem interaktionen med chirale aminosyrer som cystein under produktionsprocessen, at forskerne formåede at tilføre chirality til borophene, en verdens første for 2D-materialer.

I molekyler kan chirality få biologiske eller kemiske enheder til at eksistere i to versioner, der ikke kan matches perfekt, som i en venstre og højre handske. De kan spejle hinanden præcist, men en venstre handske vil aldrig passe den højre hånd så godt som den passer den venstre hånd.

Pr. Dipanjan Pan

Udnyttelse af chirality i sundhedssektoren

Forskerne syntetiserede borophene-plateletter, svarende til hvordan fragmenter af borophene ville komme ind i blodbanen. De opdagede, at de chirale egenskaber ved de forskellige versioner af borophene interagerede forskelligt med cellernes membraner og trængte ind i cellerne på forskellige måder.

Dette åbner vejen for at designe skræddersyede borophene-strukturer til anvendelser som “udvikling af højere opløsningsgrad i medicinsk billeddannelse med kontrast, der præcist kan spore celleinteraktioner, eller bedre lægemiddellevering med præcise materiale‑celle‑interaktioner.”

En bedre forståelse af, hvordan borophene-strukturen interagerer med levende celler, vil også hjælpe med at afklare dens sikkerhedsprofil.

Det kan også føre til sikrere, mere effektive implanterbare medicinske enheder, der udnytter borophene’s unikke egenskaber. Ikke kun er det et meget let og stærkt materiale, men borophene tillader også effektiv magnetisk og elektronisk kontrol.

Så kan borophene også bruges til at udvikle biosensorer eller bio‑mekaniske systemer.

Andre anvendelser af borophene

Ligesom grafen er borophene et lovende materiale til mange højteknologiske anvendelser. Blandt dem er:

• Fotonik beregning: især, borophene kan bruges i laser til fotonikanvendelser.
• Katalyse, især for interaktion med hydrogen og oxygen. Det kan også bruges til at lagre hydrogen mere effektivt.
• Sensorer, især for gasser, men også som nævnt bio‑billeddannelse som fluorescensbilleddannelse,  fototermisk billeddannelse, og fotoakustisk billeddannelse.
• Batterier, herunder for at lave anoder af borophene.
• Avanceret energi, herunder ultrakondensatorer og superledere.

Disse anvendelser kunne potentielt drage fordel af chiral borophene, og det nye materiale vil skulle testes for hver enkelt separat.

Potentielle borophene-virksomheder

Som et materiale opdaget for mindre end et årti siden er borophene stadig langt fra masseproduktion og er for det meste begrænset til materialvidenskabelige (og snart biologiske?) laboratorier.

Dog er den måde, borophene blev syntetiseret for første gang i 2015, en metode kaldet “chemical vapor deposition” eller CVD, ikke en ny teknologi. Den bruges almindeligt i halvlederindustrien til fremstilling af integrerede kredsløb og fotovoltaiske (solpanel) systemer.

CVD bruges til at skabe ultratynde lag af silicium, tungsten, grafen og endda syntetiske diamanter. Så enhver virksomhed, der allerede er førende inden for CVD-udstyr, kunne blive en primær modtager af det voksende udvalg af anvendelser for grafen og nu borophene.

CVD er en del af de værktøjer, der bruges af mange halvledervirksomheder, vi har listet i “Top 10 Semiconductor Equipment Stocks for Manufacturing Support”. Men nogle virksomheder er tættere knyttet til CVD-teknologi end andre, som er aktive i forskellige dele af halvlederproduktionsprocessen.

1. Veeco

Veeco har været en stor leverandør af udstyr til halvlederproduktionsindustrien siden grundlæggelsen i 1945. Dens maskiner bruges til fremstilling af avanceret EUV-chipproduktion, 5G-antenner, harddiske, LIDAR, LED’er, strømforsyningselektronik til elbiler osv.

Kilde: Veeco

Virksomhedens primære teknologiske fokus er den samme CVD-proces, der bruges til produktion af borophene, eller mere præcist MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapour Deposition).

Kilde: Veeco

Som leder i dette nichesegment af halvlederindustrien kunne Veeco være en god kandidat til at satse på stigningen i flere CVD-anvendelser, der stammer fra den voksende brug af grafen, tungsten og borophene, efterhånden som vi bliver bedre til at manipulere materiale på atomart niveau.

Det vil også sandsynligvis drage fordel af de massive tendenser inden for digitalisering, AI og elektrificering.

2. Ulvac (6728.T)

Det japanske firma Ulvac er specialist i vakuumteknologi, især brugt i CVD og halvlederapplikationer. Dette gør dem til en nøgleleverandør af udstyr til producenter af chips, LED, fotovoltaik, batterier osv.

Kilde: Ulvac

Firmaet er også aktivt i andre markeder, især FPD (Flat Panel Display) som skærme og tv’er. Det producerer også dele i højtydende metaller som titanium, tantal, zirkonium, niobium osv., samt industrielt udstyr til en meget bred vifte af anvendelser (dele til forbrændingsmotorer, magnetiske materialer, frysetørring eller rensning af farmaceutiske produkter, vakuumtørring af fødevarer).

Kilde: Ulvac Q3 2024

Ulvac-teknologi er afgørende for CVD-processen, og deres salg vil sandsynligvis drage fordel af nye anvendelser og stigende efterspørgsel efter avancerede materialer, der kræver vakuum, såsom batterier, chips, solpaneler, magneter, LED, skærme, avancerede farmaceutiske produkter osv.

Dog, takket være det bredere udvalg af potentielle anvendelser, er den mindre afhængig af aktiviteten i halvlederindustrien end rene CVD-virksomheder som Veeco.

I betragtning af hvor cyklisk forretningsaktiviteten kan være for leverandører af udstyr til fremstilling af halvledere, gør dette Ulvac til en sandsynligvis mindre volatil investering. Den bør også være mindre udsat for den voksende risiko for handelskrige mellem USA og Kina i halvlederindustrien.