Borophen – Wie Graphen, aber besser

Graphen aus Bor

Materialwissenschaften machen immer neue Entdeckungen, eine davon sind 2D-Materialien. Sie sind Materialien, die in einer dünnen Schicht von nur einem Atom organisiert sind, daher der Name. Das erste war einlagiges Graphen, das mit Sicherheit erst 2004 hergestellt wurde, obwohl die Idee und Theorie darüber viel älter waren und zu dem Nobelpreis für Physik 2010 für seine Entdecker führten.

Borophen, ein weiteres 2D-Material, ist noch neuer und wurde erst 2015 entdeckt. Es besteht aus Bor-Atomen anstelle der Kohlenstoff-Atome, die in Graphen verwendet werden. Es ist noch leitfähiger, dünner, leichter, stärker und flexibler als Graphen, obwohl Graphen oft als Wundermaterial beschrieben wird.

Quelle: Nature

Da es so neu ist, wissen wir noch wenig über die tatsächlichen Eigenschaften und das volle Potenzial von Borophen. Es ist ein Material, das noch komplexer ist als Graphen, mit vielen möglichen molekularen Konfigurationen, die seine 2D-Eigenschaften beibehalten. Die molekularen Strukturen von Borophen können Platz für andere Arten von Atomen bieten, was die möglichen Konfigurationen noch zahlreicher macht.

Quelle: Frontiers of Physics

Und das Potenzial von Borophen wächst weiter, da Forscher an der Penn State entdeckt haben, wie man Borophen verbessern kann, und auch untersucht haben, wie es mit lebenden Zellen interagiert.

Neues chirales Borophen

In einer wissenschaftlichen Veröffentlichung mit dem Titel „Chirale Induktion in 2D-Borophen-Nanoplattelets durch stereoselektive Bor-Schwefel-Konjugation“ konzentrierten sich die Forscher der Penn State auf eine einzigartige Eigenschaft von Borophen unter 2D-Materialien, seine potenzielle „Chiralität“. Chiralität ist ein Begriff aus der Chemie, der bedeutet, dass Moleküle eine Links/Rechts-Symmetrie haben. Chiralität ist eine wichtige Eigenschaft von organischen Molekülen, zum Beispiel den Aminosäuren, die die Bausteine von Proteinen sind.

Quelle: UC Santa Barbara

Durch die Wechselwirkung mit chiralen Aminosäuren wie Cystein während des Herstellungsprozesses konnten die Forscher Chiralität auf Borophen übertragen, ein Weltrekord für 2D-Materialien.

In Molekülen kann Chiralität dazu führen, dass biologische oder chemische Einheiten in zwei Versionen existieren, die nicht perfekt übereinstimmen, wie bei einem linken und rechten Handschuh. Sie können sich genau spiegeln, aber ein linker Handschuh passt nie so gut auf die rechte Hand wie auf die linke Hand.

Pr. Dipanjan Pan

Nutzung von Chiralität in der Gesundheitsversorgung

Die Forscher synthetisierten Borophen-Plättchen, ähnlich wie Fragmente von Borophen in den Blutkreislauf gelangen würden. Sie entdeckten, dass die chiralen Eigenschaften der verschiedenen Versionen von Borophen unterschiedlich mit den Zellmembranen interagierten und in die Zellen eindrangen.

Dies öffnet den Weg für die Entwicklung von maßgeschneiderten Borophen-Strukturen für Anwendungen wie die „Entwicklung von hochauflösender medizinischer Bildgebung mit Kontrast, der genau Zellinteraktionen verfolgen oder eine bessere Arzneimittelverabreichung mit gezielter Material-Zell-Interaktion ermöglichen kann.“

Ein besseres Verständnis der Wechselwirkung zwischen Borophen-Struktur und lebenden Zellen wird auch dazu beitragen, sein Sicherheitsprofil zu klären.

Es könnte auch zu sichereren, effektiveren implantierbaren medizinischen Geräten führen, die die einzigartigen Eigenschaften von Borophen nutzen. Borophen ist nicht nur ein sehr leichtes und starkes Material, sondern ermöglicht auch eine effektive magnetische und elektronische Kontrolle.

So könnte Borophen auch für die Entwicklung von Biosensoren oder bio-mechanischen Systemen verwendet werden.

Andere Borophen-Anwendungen

Ähnlich wie Graphen ist Borophen ein vielversprechendes Material für viele Hochtechnologie-Anwendungen. Dazu gehören:

• Photonik-Computing: Borophen könnte beispielsweise in Lasern für photonische Anwendungen verwendet werden.
• Katalyse, insbesondere für Wechselwirkungen mit Wasserstoff und Sauerstoff. Es könnte auch zur effizienteren Speicherung von Wasserstoff verwendet werden.
• Sensoren, insbesondere für Gase, aber auch für bio-bildgebende Verfahren wie Fluoreszenz-Bildgebung, Photothermische Bildgebung und Photoakustische Bildgebung.
• Batterien, einschließlich der Herstellung von Anoden aus Borophen.
• Erneuerbare Energien, einschließlich Ultra-Kondensatoren und Supraleiter.

Diese Anwendungen könnten potenziell von chiralem Borophen profitieren, und das neue Material muss für jede Anwendung getestet werden.

Potenzielle Borophen-Unternehmen

Als Material, das weniger als ein Jahrzehnt alt ist, ist Borophen noch weit entfernt von der Massenproduktion und hauptsächlich auf Materialwissenschafts- (und bald Biologie-) Labore beschränkt.

Die Methode, mit der Borophen zum ersten Mal 2015 hergestellt wurde, eine Methode namens „chemische Dampfdeposition“ oder CVD, ist keine neue Technologie. Sie wird häufig in der Halbleiterindustrie für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen und photovoltaischen (Solarenergie-) Systemen verwendet.

CVD wird verwendet, um ultra-dünne Schichten von Silizium, Wolfram, Graphen und sogar synthetischen Diamanten zu erzeugen. Jedes Unternehmen, das bereits ein Leader in CVD-Geräten ist, könnte also ein Hauptnutznießer der wachsenden Anwendungsbreite von Graphen und jetzt Borophen werden.

CVD ist Teil der Werkzeuge, die von vielen Halbleiterunternehmen verwendet werden, die wir in „Top 10 Halbleiter-Geräte-Aktien für Fertigungssupport“ aufgelistet haben. Aber einige Unternehmen sind enger mit CVD-Technologie verbunden als andere, die in anderen Bereichen des Halbleiter-Fertigungsprozesses tätig sind.

1. Veeco

Veeco ist seit seiner Gründung im Jahr 1945 ein wichtiger Zulieferer von Geräten für die Halbleiterherstellung. Seine Maschinen werden für die Herstellung von fortschrittlichen EUV-Chips, 5G-Antennen, Festplatten, LIDAR, LEDs, Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge usw. verwendet.

Quelle: Veeco

Das technologische Hauptaugenmerk des Unternehmens liegt auf dem gleichen CVD-Prozess, der für die Borophen-Produktion verwendet wird, oder genauer gesagt MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapour Deposition).

Quelle: Veeco

Als Leader in diesem Nischensegment der Halbleiterindustrie könnte Veeco ein guter Kandidat sein, um auf den Aufstieg von mehr CVD-Anwendungen zu setzen, die aus der wachsenden Nutzung von Graphen, Wolfram und Borophen resultieren, da wir immer besser darin werden, Materie auf atomarer Ebene zu manipulieren.

Es wird auch von den massiven Trends der Digitalisierung, künstlicher Intelligenz und Elektrifizierung profitieren.

2. Ulvac (6728.T)

Das japanische Unternehmen Ulvac ist ein Spezialist für Vakuumtechnologie, insbesondere für CVD- und Halbleiteranwendungen. Dies macht es zu einem wichtigen Zulieferer von Geräten für die Herstellung von Chips, LEDs, Photovoltaik, Batterien usw.

Quelle: Ulvac

Das Unternehmen ist auch in anderen Märkten tätig, insbesondere FPD (Flachbildschirme) wie Bildschirme und Fernseher. Es produziert auch Teile aus hochleistungsfähigen Metallen wie Titan, Tantal, Zirconium, Niob usw., sowie industrielle Geräte für eine breite Palette von Anwendungen (Teile für Verbrennungsmotoren, magnetische Materialien, Gefriertrocknung oder Reinigung von Pharmazeutika, Vakuumtrocknung von Lebensmitteln).

Quelle: Ulvac Q3 2024

Die Technologie von Ulvac ist für den CVD-Prozess von entscheidender Bedeutung, und ihre Verkäufe werden wahrscheinlich von neuen Anwendungen und der wachsenden Nachfrage nach fortschrittlichen Materialien profitieren, die Vakuumtechnologie erfordern, wie Batterien, Chips, Solarenergie, Magnete, LEDs, Bildschirme, fortschrittliche Pharmazeutika usw.

Allerdings ist es aufgrund der breiteren Palette von potenziellen Anwendungen weniger abhängig von der Aktivität in der Halbleiterindustrie als reine CVD-Unternehmen wie Veeco.

Dies macht Ulvac zu einer weniger volatilen Investition. Es sollte auch weniger anfällig für das Risiko von Handelskriegen zwischen den USA und China in der Halbleiterindustrie sein.