Βοροφένιο. Όπως το Γραφένιο, αλλά Καλύτερο.

Γραφένιο Κατασκευασμένο από Βόριο

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 single-layer graphene, which was produced with certainty only in 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.

Το Βοροφένιο, ένα άλλο 2D υλικό, είναι ακόμη νεότερο, καθώς ανακαλύφθηκε μόνο το 2015. Κατασκευάζεται από άτομα βόριο αντί για τα άτομα άνθρακα που χρησιμοποιούνται στο γραφένιο. Είναι ακόμη πιο αγώγιμο, πιο λεπτό, πιο ελαφρύ, πιο δυνατό και πιο ευέλικτο από το γραφένιο, παρόλο που το γραφένιο συχνά περιγράφεται ως θαυματουργό υλικό.

Πηγή: Nature

Επειδή είναι τόσο νέο, γνωρίζουμε ακόμη λίγα για τις πραγματικές ιδιότητες και το πλήρες δυναμικό του βοροφενίου. Είναι ένα υλικό ακόμη πιο πολύπλοκο από το γραφένιο, με πολλές πιθανές μοριακές διαμορφώσεις ενώ διατηρεί τις 2D ιδιότητές του. Οι μοριακές δομές του βοροφενίου μπορούν να έχουν χώρο για αποδοχή άλλων τύπων ατόμων, καθιστώντας τις πιθανές διαμορφώσεις ακόμη πιο πολυάριθμες.

Πηγή: Frontiers of Physics

Και το δυναμικό του βοροφενίου συνεχίζει να αυξάνεται, καθώς ερευνητές του Penn State έχουν ανακαλύψει πώς να βελτιώσουν το βοροφένιο και επίσης έχουν μελετήσει πώς αλληλεπιδρά με ζωντανά κύτταρα.

Νέο Χειρικό Βοροφένιο

Σε μια επιστημονική δημοσίευση με τίτλο “Chiral Induction in 2D Borophene Nanoplatelets through Stereoselective Boron–Sulfur Conjugation”, οι ερευνητές του Penn State εστίασαν σε ένα μοναδικό χαρακτηριστικό του βοροφενίου μεταξύ των 2D υλικών, την πιθανή «χειρικότητα». Η χειρικότητα είναι όρος της χημείας που σημαίνει ότι τα μόρια έχουν αριστερή/δεξιά συμμετρία. Η χειρικότητα είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό των οργανικών μορίων, για παράδειγμα των αμινοξέων που είναι τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών.

Πηγή: UC Santa Barbara

Μέσω της αλληλεπίδρασης με χιλιρικά αμινοξέα όπως η κυστεΐνη κατά τη διαδικασία παραγωγής, οι ερευνητές κατάφεραν να ενσωματώσουν χειρικότητα στο βοροφένιο, ένα παγκόσμιο πρώτο για 2D υλικά.

Στα μόρια, η χειρικότητα μπορεί να κάνει βιολογικές ή χημικές μονάδες να υπάρχουν σε δύο εκδοχές που δεν μπορούν να ταιριάξουν τέλεια, όπως ένα αριστερό και ένα δεξί γάντι. Μπορούν να αντικατοπτρίζονται ακριβώς, αλλά ένα αριστερό γάντι δεν θα ταιριάξει ποτέ στο δεξί χέρι όσο ταιριάζει στο αριστερό.

Χρήση της Χειρικότητας στην Υγειονομική Περίθαλψη

Οι ερευνητές συνέθεσαν πλακίδια βοροφενίου, παρόμοια με το πώς θραύσματα του βοροφενίου θα εισέλθουν στην κυκλοφορία του αίματος. Ανακάλυψαν ότι οι χιλιρικές ιδιότητες των διαφορετικών εκδοχών του βοροφενίου αλληλεπιδρούσαν διαφορετικά με τις μεμβράνες των κυττάρων και εισερχόταν στα κύτταρα διαφορετικά.

Αυτό ανοίγει το δρόμο για το σχεδιασμό προσαρμοσμένων δομών βοροφενίου για εφαρμογές όπως η «ανάπτυξη ιατρικής απεικόνισης υψηλότερης ανάλυσης με αντίθεση που θα μπορούσε να παρακολουθεί με ακρίβεια τις αλληλεπιδράσεις των κυττάρων ή η βελτιωμένη χορήγηση φαρμάκων με στοχευμένες αλληλεπιδράσεις υλικού-κυττάρου».

Μια καλύτερη κατανόηση του πώς η δομή του βοροφενίου αλληλεπιδρά με ζωντανά κύτταρα θα βοηθήσει επίσης στην αποσαφήνιση του προφίλ ασφαλείας του.

Μπορεί επίσης να οδηγήσει σε πιο ασφαλείς, πιο αποτελεσματικές εμφυτευόμενες ιατρικές συσκευές που αξιοποιούν τις μοναδικές ιδιότητες του βοροφενίου. Δεν είναι μόνο ένα πολύ ελαφρύ και δυνατό υλικό, αλλά το βοροφένιο επιτρέπει επίσης αποτελεσματικό μαγνητικό και ηλεκτρονικό έλεγχο.

Έτσι, το βοροφένιο θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη βιοαισθητήρων ή βιομηχανικών συστημάτων.

Άλλες Εφαρμογές του Βοροφενίου

Παρόμοια με το γραφένιο, το βοροφένιο είναι ένα υποσχόμενο υλικό για πολλές υψηλής τεχνολογίας εφαρμογές. Μεταξύ αυτών είναι:

• Φωτονική υπολογιστική: ιδιαίτερα, το βοροφένιο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε λέιζερ για εφαρμογές φωτονικής.
• Καταλύσεις, ιδιαίτερα για αλληλεπιδράσεις που περιλαμβάνουν υδρογόνο και οξυγόνο. Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για πιο αποδοτική αποθήκευση υδρογόνου.
• Αισθητήρες, ιδιαίτερα για αέρια, αλλά επίσης όπως αναφέρθηκε βιοαπεικόνιση όπως απεικόνιση φθορισμού,  φωτοθερμική απεικόνιση, και φωτοακουστική απεικόνιση.
• Μπαταρίες, συμπεριλαμβανομένης της κατασκευής ανόδων από βοροφένιο.
• Προηγμένη ενέργεια, συμπεριλαμβανομένων υπερ-χωρητών και υπέρυθρων.

Αυτές οι εφαρμογές θα μπορούσαν ενδεχομένως να ωφεληθούν από το χιλιρικό βοροφένιο, και το νέο υλικό θα χρειαστεί να δοκιμαστεί ξεχωριστά για κάθε μία.

Δυνητικές Εταιρείες Βοροφενίου

Ως υλικό που ανακαλύφθηκε πριν από λιγότερο από μια δεκαετία, το βοροφένιο βρίσκεται ακόμη μακριά από τη μαζική παραγωγή και περιορίζεται κυρίως σε εργαστήρια υλικών (και σύντομα βιολογίας;).

Ωστόσο, ο τρόπος με τον οποίο το βοροφένιο συνθέθηκε για πρώτη φορά το 2015, μια μέθοδος που ονομάζεται «χημική απόθεση αερίου» ή CVD, δεν είναι νέα τεχνολογία. Χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομηχανία ημιαγωγών για την παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και φωτοβολταϊκών (ηλιακών) συστημάτων.

Το CVD χρησιμοποιείται για τη δημιουργία υπερλεπτών στρωμάτων πυριτίου, βαρύτητος, γραφενίου και ακόμη και συνθετικών διαμαντιών. Έτσι, οποιαδήποτε εταιρεία που είναι ήδη ηγέτης στον εξοπλισμό CVD θα μπορούσε να γίνει κύριος ωφελούμενος από το αυξανόμενο φάσμα εφαρμογών για το γραφένιο και τώρα το βοροφένιο.

Το CVD αποτελεί μέρος των εργαλείων που χρησιμοποιούν πολλές εταιρείες ημιαγωγών που καταγράψαμε στο «Top 10 Semiconductor Equipment Stocks for Manufacturing Support». Ωστόσο, ορισμένες εταιρείες συνδέονται πιο στενά με την τεχνολογία CVD από άλλες που δραστηριοποιούνται σε διαφορετικά τμήματα της διαδικασίας κατασκευής ημιαγωγών.

1. Veeco

Η Veeco είναι σημαντικός προμηθευτής εξοπλισμού στη βιομηχανία κατασκευής ημιαγωγών από την ίδρυσή της το 1945. Τα μηχανήματά της χρησιμοποιούνται στην παραγωγή προχωρημένων EUV τσιπ, κεραιών 5G, σκληρών δίσκων, LIDAR, LED, ηλεκτρονικών ισχύος για ηλεκτρικά οχήματα κ.λπ.

Πηγή: Veeco

Η κύρια τεχνολογική εστίαση της εταιρείας είναι η ίδια διαδικασία CVD που χρησιμοποιείται για την παραγωγή του βοροφενίου, ή πιο συγκεκριμένα MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapour Deposition).

Πηγή: Veeco

Ως ηγέτης σε αυτό το εξειδικευμένο τμήμα της βιομηχανίας ημιαγωγών, η Veeco θα μπορούσε να είναι καλός υποψήφιος για να επενδύσει στην άνοδο περισσότερων εφαρμογών CVD που προέρχονται από τη αυξανόμενη χρήση του γραφενίου, του βαρύτητος και του βοροφενίου, καθώς βελτιωνόμαστε σταδιακά στον χειρισμό της ύλης σε ατομικό επίπεδο.

Πιθανότατα θα ωφεληθεί επίσης από τις τεράστιες τάσεις της ψηφιοποίησης, της τεχνητής νοημοσύνης και της ηλεκτροποίησης.

2. Ulvac (6728.T)

Η ιαπωνική εταιρεία Ulvac είναι ειδικός στην τεχνολογία κενού, ιδιαίτερα χρησιμοποιούμενη σε CVD και εφαρμογές ημιαγωγών. Αυτό την καθιστά βασικό προμηθευτή εξοπλισμού για τους παραγωγούς τσιπ, LED, φωτοβολταϊκών, μπαταριών κ.λπ.

Πηγή: Ulvac

Η εταιρεία δραστηριοποιείται επίσης σε άλλες αγορές, ιδιαίτερα στο FPD (Flat Panel Display) όπως οθόνες και τηλεοράσεις. Παράγει επίσης εξαρτήματα από υψηλής απόδοσης μέταλλα όπως τιτάνιο, ταντάλιο, ζιρκόνιο, νιόβιο κ.λπ., καθώς και βιομηχανικό εξοπλισμό για ένα πολύ ευρύ φάσμα εφαρμογών (μέρη εσωτερικής καύσης κινητήρων, μαγνητικά υλικά, ξήρανση ή καθαρισμό φαρμακευτικών προϊόντων, κενό ξήρανση τροφίμων).

Πηγή: Ulvac Q3 2024

Η τεχνολογία Ulvac είναι κρίσιμη για τη διαδικασία CVD, και οι πωλήσεις της πιθανότατα θα ωφεληθούν από νέες εφαρμογές και την αυξανόμενη ζήτηση για προηγμένα υλικά που απαιτούν κενό, όπως μπαταρίες, τσιπ, ηλιακά πάνελ, μαγνήτες, LED, οθόνες, προηγμένα φαρμακευτικά προϊόντα κ.λπ.

Ωστόσο, χάρη στο ευρύτερο φάσμα πιθανών εφαρμογών, εξαρτάται λιγότερο από τη δραστηριότητα της βιομηχανίας ημιαγωγών σε σύγκριση με καθαρές εταιρείες CVD όπως η Veeco.

Λαμβάνοντας υπόψη πόσο κυκλική μπορεί να είναι η επιχειρηματική δραστηριότητα για τους προμηθευτές εξοπλισμού κατασκευής ημιαγωγών, αυτό καθιστά την Ulvac μια πιθανώς λιγότερο ασταθή επένδυση. Θα πρέπει επίσης να είναι λιγότερο εκτεθειμένη στον αυξανόμενο κίνδυνο εμπορικών πολέμων μεταξύ ΗΠΑ και Κίνας στη βιομηχανία ημιαγωγών.