Borofeeni. Kuten grafeeni, mutta parempi.

Grafeeni valmistettu boorista

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 yksikerroksinen grafeeni, joka varmistui vasta vuonna 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.

Borofeeni, toinen 2D-materiaali, on vieläkin uudempi, sillä se löydettiin vasta vuonna 2015. Se koostuu booriatomeista hiiliatomien sijaan, joita käytetään grafeenissa. Se on vieläkin johtavampi, ohuempi, kevyempi, vahvempi ja joustavampi kuin grafeeni, vaikka grafeenia usein kuvataan ihmeaineena.

Lähde: Nature

Koska se on niin uusi, tiedämme edelleen vähän borofeenin todellisista ominaisuuksista ja täysistä mahdollisuuksista. Se on materiaali, joka on vielä monimutkaisempi kuin grafeeni, ja sillä on monia mahdollisia molekyylirakenteita säilyttäen 2D-ominaisuutensa. Borofeenin molekyylirakenteilla on tilaa vastaanottaa muita atomityyppejä, mikä tekee mahdollisista konfiguraatioista entistä lukuisampia.

Lähde: Frontiers of Physics

Ja borofeenin potentiaali kasvaa edelleen, kun Penn State -tutkijat ovat löytäneet tapoja parantaa borofeenia ja tutkineet sen vuorovaikutusta elävien solujen kanssa.

Uusi kiraalinen borofeeni

In a scientific publication titled “Chiral Induction in 2D Borophene Nanoplatelets through Stereoselective Boron–Sulfur Conjugation”, Penn State’s researchers focused on a unique feature of borophene among 2D materials, its potential “chirality”. Chirality is a chemistry term that means that molecules have a left/right symmetry. Chirality is an important feature of organic molecules, for example, the amino acids that are the building blocks of proteins.

Lähde: UC Santa Barbara

It is through the interaction with chiral amino acids like cysteine during the production process that the researchers managed to impart chirality on borophene, a world’s first for 2D materials.

In molekyyleissä kiraalisuus voi saada biologiset tai kemialliset yksiköt olemaan kahdessa versiossa, joita ei voida täydellisesti sovittaa yhteen, kuten vasen ja oikea käsine. Ne voivat peilata toisiaan tarkasti, mutta vasen käsine ei koskaan sovi oikeaan käteen yhtä hyvin kuin se sopii vasempaan käteen.

Pr. Dipanjan Pan

Kiraalisuuden hyödyntäminen terveydenhuollossa

Tutkijat synteettisoivat borofeeniplatleetit, samankaltaisesti kuin borofeenin fragmentit kulkeutuisivat verenkiertoon. He havaitsivat, että eri versioiden kiraaliset ominaisuudet vaikuttivat eri tavoin solukalvoihin ja soluihin.

Tämä avaa tien räätälöityjen borofeenirakenteiden suunnitteluun sovelluksiin, kuten “korkeamman tarkkuuden lääketieteellisen kuvantamisen kehittäminen kontrastilla, joka pystyy tarkasti seuraamaan solujen vuorovaikutuksia, tai parempi lääkkeiden toimitus tarkasti kohdennetuilla materiaali-soluvaiheilla.”

Parempi ymmärrys siitä, miten borofeenirakenne vuorovaikuttaa elävien solujen kanssa, auttaa myös selkeyttämään sen turvallisuusprofiilia.

Se voisi myös johtaa turvallisempiin, tehokkaampiin implantoitaviin lääketieteellisiin laitteisiin, jotka hyödyntävät borofeenin ainutlaatuisia ominaisuuksia. Se ei ole vain erittäin kevyt ja vahva materiaali, vaan borofeeni mahdollistaa myös tehokkaan magneettisen ja elektronisen ohjauksen.

Näin ollen borofeenia voitaisiin myös käyttää biosensorien tai bio-mekaanisten järjestelmien kehittämiseen.

Muut borofeenisovellukset

Samankaltaisesti grafeenin kanssa, borofeeni on lupaava materiaali moniin huipputeknisiin sovelluksiin. Niihin kuuluvat:

• Fotoniikka computing: notably, borofeeniä voitaisiin käyttää laserissa fotoniikkasovelluksiin.
• Katalyysi, erityisesti vuorovaikutuksissa, jotka koskevat vetyä ja happea. Sitä voitaisiin myös käyttää vedyn tehokkaampaan varastointiin.
• Anturit, erityisesti kaasuja varten, mutta myös kuten mainittua bio-kuvantamista kuten fluoresenssikuvaus,  fotolämpökuvaus, ja fotoakustinen kuvaus.
• Akkus, mukaan lukien borofeenista valmistettujen anodien tekeminen.
• Edistynyt energia, mukaan lukien ultra-kondensaattorit ja ylijohtimet.

Nämä sovellukset voisivat mahdollisesti hyötyä kiraalisesta borofeenista, ja uutta materiaalia täytyy testata jokaisessa erikseen.

Mahdolliset borofeeniyritykset

Materiaalina, joka on löydetty vähemmän kuin vuosikymmen sitten, borofeeni on edelleen melko kaukana massatuotannosta ja suurimmaksi osaksi rajoittunut materiaalitieteiden (ja pian biologian?) laboratorioihin.

Kuitenkin tapa, jolla borofeeni synteettisoitiin ensimmäisen kerran vuonna 2015, menetelmä nimeltä “kemiallinen höyrykerrostus” tai CVD, ei ole uusi teknologia. Sitä käytetään yleisesti puolijohdeteollisuudessa integroitujen piirikytkentöjen ja fotovoltaiikkajärjestelmien (aurinkopaneelit) valmistukseen.

CVD:tä käytetään ultra-ohuiden kerrosten luomiseen piistä, volframista, grafeenista ja jopa synteettisistä timanteista. Joten mikä tahansa yritys, joka on jo johtava CVD-laitteiden toimittaja, voisi olla merkittävä hyötyjä saaja kasvavasta grafeenin ja nyt borofeenin sovelluskirjosta.

CVD on osa monien puolijohdeyritysten käyttämistä työkaluista, jotka listasimme artikkelissa “Top 10 Semiconductor Equipment Stocks for Manufacturing Support”. Mutta jotkut yritykset ovat yhteydessä CVD-teknologiaan tiiviimmin kuin toiset, jotka ovat aktiivisia eri osissa puolijohteiden valmistusprosessia.

1. Veeco

Veeco on ollut merkittävä laitteiden toimittaja puolijohdeteollisuuden valmistusyrityksille perustamisestaan vuonna 1945 lähtien. Sen koneita käytetään kehittyneiden EUV-sirujen valmistukseen, 5G-antennien, kiintolevyjen, LIDARin, LEDien, sähköelektroniikan EV-ajoneuvoille jne. tuotannossa.

Lähde: Veeco

Yrityksen teknologinen pääpainopiste on sama CVD-prosessi, jota käytetään borofeenin tuotannossa, tarkemmin sanottuna MOCVD (metalliorganinen kemiallinen höyrykerrostus).

Lähde: Veeco

Johtavana toimijana tässä puolijohdeteollisuuden niche-segmentissä, Veeco voisi olla hyvä ehdokas panostaa CVD-sovellusten lisääntymiseen, jotka johtuvat grafeenin, volframin ja borofeenin kasvavasta käytöstä, kun opimme yhä paremmin manipuloimaan materiaalia atomitasolla.

Se hyötyy myös todennäköisesti massiivisista digitalisaation, tekoälyn ja sähköistymisen trendeistä.

2. Ulvac (6728.T)

The Japanese company Ulvac is a specialist in vacuum technology, especially used in CVD and semiconductor applications. This makes it a key equipment supplier for producers of chips, LED, photovoltaics, batteries, etc.

Lähde: Ulvac

Yritys on myös aktiivinen muilla markkinoilla, erityisesti FPD (Flat Panel Display) -näytöt ja TV:t. Se valmistaa myös osia korkean suorituskyvyn metalleista, kuten titaani, tantal, zirkonium, niobium jne., sekä teollisuuslaitteita erittäin laajalle sovellusalueelle (polttomoottorin osat, magneettimateriaalit, lääkkeiden pakastuskuivatus tai puhdistus, elintarvikkeiden tyhjiökuivatus).

Lähde: Ulvac Q3 2024

Ulvac-teknologia on ratkaisevan tärkeä CVD-prosessille, ja sen myynti hyötyy todennäköisesti uusista sovelluksista ja kasvavasta kysynnästä edistyneille materiaaleille, jotka vaativat tyhjiötä, kuten akkuja, siruja, aurinkopaneeleja, magneetteja, LEDeitä, näyttöjä, kehittyneitä lääkkeitä jne.

Kuitenkin laajemman mahdollisten sovellusten takia se on vähemmän riippuvainen puolijohdeteollisuuden toiminnasta kuin puhtaat CVD-yritykset, kuten Veeco.

Kun otetaan huomioon, kuinka syklinen liiketoiminta voi olla puolijohteiden valmistuslaitteiden toimittajille, tämä tekee Ulvacista todennäköisesti vähemmän volatiilin sijoituksen. Sen tulisi myös olla vähemmän altis Yhdysvaltojen ja Kiinan välisten kauppasotien riskille puolijohdeteollisuudessa.