Borofeno. Como el grafeno, pero mejor.

Grafeno hecho de boro

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 grafeno de una sola capa, que se produjo con certeza solo en 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.

Borofeno, otro material 2D, es aún más reciente, habiéndose descubierto solo en 2015. Está formado por átomos de boro en lugar de los átomos de carbono usados en el grafeno. Es aún más conductor, más delgado, más ligero, más fuerte y flexible que el grafeno, a pesar de que el grafeno a menudo se describe como un material milagroso.

Fuente: Nature

Porque es tan nuevo, todavía sabemos poco sobre las propiedades reales y el potencial completo del borofeno. Es un material aún más complejo que el grafeno, con muchas configuraciones moleculares posibles mientras conserva sus propiedades 2D. Las estructuras moleculares del borofeno pueden tener espacio para aceptar otros tipos de átomos, lo que hace que las configuraciones potenciales sean aún más numerosas.

Fuente: Frontiers of Physics

Y el potencial del borofeno sigue creciendo, ya que investigadores de Penn State han descubierto cómo mejorar el borofeno y también han investigado cómo interactúa con células vivas.

Nuevo borofeno quiral

En una publicación científica titulada “Inducción quiral en nanoplaquetas 2D de borofeno mediante conjugación estereoselectiva de boro‑azufre”, los investigadores de Penn State se centraron en una característica única del borofeno entre los materiales 2D, su potencial “quiralidad”. La quiralidad es un término de química que significa que las moléculas tienen una simetría izquierda/derecha. La quiralidad es una característica importante de las moléculas orgánicas, por ejemplo, los aminoácidos que son los bloques de construcción de las proteínas.

Fuente: UC Santa Barbara

Fue a través de la interacción con aminoácidos quirales como la cisteína durante el proceso de producción que los investigadores lograron impartir quiralidad al borofeno, una primicia mundial para los materiales 2D.

En las moléculas, la quiralidad puede hacer que las unidades biológicas o químicas existan en dos versiones que no pueden coincidir perfectamente, como en un guante izquierdo y derecho. Pueden reflejarse entre sí con precisión, pero un guante izquierdo nunca se ajustará a la mano derecha tan bien como a la mano izquierda.

Pr. Dipanjan Pan

Utilizando la quiralidad en la atención médica

Los investigadores sintetizaron plaquetas de borofeno, de manera similar a cómo fragmentos de borofeno entrarían en el torrente sanguíneo. Descubrieron que las propiedades quirales de las diferentes versiones de borofeno interactuaban de manera distinta con las membranas celulares y entraban en las células de forma diferente.

Esto abre el camino para diseñar estructuras de borofeno a medida para aplicaciones como el “desarrollo de imágenes médicas de alta resolución con contraste que pueda rastrear con precisión las interacciones celulares o una mejor administración de fármacos con interacciones material‑célula precisas”.

Una mejor comprensión de cómo la estructura del borofeno interactúa con células vivas también ayudará a aclarar su perfil de seguridad.

También podría conducir a dispositivos médicos implantables más seguros y eficaces que aprovechen las propiedades únicas del borofeno. No solo es un material muy ligero y fuerte, sino que el borofeno también permite un control magnético y electrónico eficaz.

Así, el borofeno también podría usarse para desarrollar biosensores o sistemas biomecánicos.

Otras aplicaciones del borofeno

De manera similar al grafeno, el borofeno es un material prometedor para muchas aplicaciones de alta tecnología. Entre ellas están:

• Fotónica computing: notably, el borofeno podría usarse en láseres para aplicaciones fotónicas.
• Catálisis, especially for interaction involving hidrógeno and oxígeno. It could also be used para almacenar hidrógeno de manera más eficiente.
• Sensores, especialmente para gases, but also as mentioned bio‑imaging like imagen de fluorescencia,  imagen fototérmica, and imagen fotoacústica.
• Baterías, including for making ánodos de borofeno.
• Energía avanzada, including ultracapacitores and superconductores.

Estas aplicaciones podrían beneficiarse potencialmente del borofeno quiral, y el nuevo material deberá ser probado por separado para cada una.

Empresas potenciales de borofeno

Como material descubierto hace menos de una década, el borofeno aún está bastante lejos de la fabricación masiva y se encuentra mayormente confinado a laboratorios de ciencias de materiales (¿y pronto de biología?).

Sin embargo, la forma en que el borofeno se sintetizó por primera vez en 2015, un método llamado “deposición química de vapor” o CVD, no es una tecnología nueva. Se utiliza comúnmente en la industria de semiconductores para producir circuitos integrados y sistemas fotovoltaicos (paneles solares).

El CVD se usa para crear capas ultrafinas de silicio, tungsteno, grafeno e incluso diamantes sintéticos. Por lo tanto, cualquier empresa que ya sea líder en equipos de CVD podría convertirse en una beneficiaria principal del creciente abanico de aplicaciones para el grafeno y ahora el borofeno.

El CVD es parte de las herramientas utilizadas por muchas empresas de semiconductores que listamos en “Top 10 Semiconductor Equipment Stocks for Manufacturing Support”. Pero algunas empresas están vinculadas a la tecnología CVD de manera más estrecha que otras activas en diferentes partes del proceso de fabricación de semiconductores.

1. Veeco

Veeco ha sido un proveedor importante de equipos para la industria de fabricación de semiconductores desde su fundación en 1945. Sus máquinas se utilizan en la producción de chips avanzados EUV, antenas 5G, discos duros, LIDAR, LEDs, electrónica de potencia para vehículos eléctricos, etc.

Fuente: Veeco

El principal enfoque tecnológico de la empresa es el mismo proceso CVD utilizado para la producción de borofeno, o más precisamente MOCVD (Deposición Química de Vapor Metal-Orgánica).

Fuente: Veeco

Como líder en este segmento especializado de la industria de semiconductores, Veeco podría ser un buen candidato para apostar por el aumento de más aplicaciones de CVD derivadas del creciente uso de grafeno, tungsteno y borofeno, a medida que progresivamente mejoramos en la manipulación de la materia a nivel atómico.

También probablemente se beneficiará de las enormes tendencias de digitalización, IA y electrificación.

2. Ulvac (6728.T)

La empresa japonesa Ulvac es especialista en tecnología de vacío, especialmente utilizada en CVD y aplicaciones de semiconductores. Esto la convierte en un proveedor clave de equipos para los productores de chips, LED, fotovoltaicos, baterías, etc.

Fuente: Ulvac

La empresa también está activa en otros mercados, notablemente FPD (Pantalla plana) como pantallas y televisores. También produce piezas en metales de alto rendimiento como titanio, tántalo, circonio, niobio, etc., así como equipos industriales para una amplia gama de aplicaciones (piezas de motores de combustión interna, materiales magnéticos, liofilización o purificación de productos farmacéuticos, secado al vacío de alimentos).

Fuente: Ulvac Q3 2024

La tecnología de Ulvac es crucial para el proceso CVD, y sus ventas probablemente se beneficiarán de nuevas aplicaciones y de la creciente demanda de materiales avanzados que requieren vacío, como baterías, chips, paneles solares, imanes, LED, pantallas, productos farmacéuticos avanzados, etc.

Sin embargo, gracias a la mayor variedad de aplicaciones potenciales, depende menos de la actividad de la industria de semiconductores que empresas puras de CVD como Veeco.

Considerando cuán cíclica puede ser la actividad empresarial para los proveedores de equipos de fabricación de semiconductores, esto convierte a Ulvac en una inversión probablemente menos volátil. También debería estar menos expuesta al riesgo emergente de guerras comerciales entre EE. UU. y China en la industria de semiconductores.