बोरोफेन। ग्राफीन जैसा, लेकिन बेहतर।

बोरोन से बना ग्राफीन

Material sciences लगातार नई खोजें कर रहे हैं, जिनमें से एक 2D सामग्री है। ये ऐसी सामग्री हैं जो केवल एक परमाणु की पतली परत में व्यवस्थित होती हैं, इसलिए इन्हें यह नाम मिला है। पहली ऐसी सामग्री थी सिंगल-लेयर ग्राफीन, जिसे केवल 2004 में निश्चित रूप से बनाया गया था, हालांकि इसके बारे में विचार और सिद्धांत बहुत पुराने थे, और इसने इसके खोजकर्ताओं को 2010 में भौतिकी में नॉबेल पुरस्कार जीतने का मार्ग प्रशस्त किया।

बोरोफेन, एक अन्य 2D सामग्री, और भी नई है, जिसे केवल 2015 में खोजा गया था। यह ग्राफीन में उपयोग किए गए कार्बन परमाणुओं के बजाय बोरोन परमाणुओं से बनी है। यह ग्राफीन से भी अधिक चालक, पतली, हल्की, मजबूत और लचीली है, जबकि ग्राफीन अक्सर एक चमत्कारिक सामग्री के रूप में वर्णित किया जाता है।

स्रोत: Nature

क्योंकि यह बहुत नई है, हम अभी भी बोरोफेन के वास्तविक गुणों और पूरी संभावनाओं के बारे में बहुत कम जानते हैं। यह ग्राफीन से भी अधिक जटिल सामग्री है, जिसमें कई संभावित आणविक विन्यास हो सकते हैं जबकि इसकी 2D विशेषताएँ बनी रहती हैं। बोरोफेन की आणविक संरचनाओं में अन्य प्रकार के परमाणुओं को स्वीकार करने की जगह हो सकती है, जिससे संभावित विन्यास और भी अधिक हो जाते हैं।

स्रोत: Frontiers of Physics

और बोरोफेन की संभावनाएँ बढ़ती जा रही हैं, क्योंकि पेन स्टेट के शोधकर्ताओं ने बोरोफेन को सुधारने का तरीका खोजा है, और यह भी जांचा है कि यह जीवित कोशिकाओं के साथ कैसे संपर्क करता है।

नया चिरल बोरोफेन

एक वैज्ञानिक प्रकाशन जिसका शीर्षक है “Chiral Induction in 2D Borophene Nanoplatelets through Stereoselective Boron–Sulfur Conjugation”, पेन स्टेट के शोधकर्ताओं ने 2D सामग्री में बोरोफेन की एक अनूठी विशेषता, उसकी संभावित “चिरालिटी” पर ध्यान केंद्रित किया। चिरालिटी एक रसायन विज्ञान शब्द है जिसका अर्थ है कि अणुओं में बाएँ/दाएँ सममिति होती है। चिरालिटी जैविक अणुओं की एक महत्वपूर्ण विशेषता है, उदाहरण के लिए, अमीनो एसिड जो प्रोटीन के निर्माण खंड होते हैं।

स्रोत: UC Santa Barbara

उत्पादन प्रक्रिया के दौरान सिस्टीन जैसे चिरल अमीनो एसिड के साथ अंतःक्रिया के माध्यम से शोधकर्ताओं ने बोरोफेन पर चिरालिटी लागू की, जो 2D सामग्री के लिए विश्व में पहली बार था।

अणुओं में, चिरालिटी जैविक या रासायनिक इकाइयों को दो संस्करणों में मौजूद रहने दे सकती है जो पूरी तरह से मेल नहीं खा सकते, जैसे बाएँ और दाएँ दस्ता। वे एक-दूसरे को सटीक रूप से प्रतिबिंबित कर सकते हैं, लेकिन बायाँ दस्ता दाएँ हाथ पर उतना नहीं फिट होगा जितना वह बाएँ हाथ पर फिट होता है।

प्र. दीपंजन पैन

स्वास्थ्य देखभाल में चिरालिटी का उपयोग

शोधकर्ताओं ने बोरोफेन प्लेटलेट्स का संश्लेषण किया, जैसे बोरोफेन के टुकड़े रक्तप्रवाह में प्रवेश करेंगे। उन्होंने पाया कि बोरोफेन के विभिन्न संस्करणों की चिरल विशेषताएँ कोशिकाओं की झिल्ली के साथ अलग-अलग अंतःक्रिया करती हैं, और कोशिकाओं में प्रवेश भी अलग-अलग होता है।

यह कस्टम बोरोफेन संरचनाओं को डिजाइन करने का मार्ग खोलता है, जैसे “उच्च-रिज़ॉल्यूशन मेडिकल इमेजिंग का विकास जिसमें कंट्रास्ट सटीक रूप से कोशिका अंतःक्रियाओं को ट्रैक कर सके या बेहतर दवा वितरण जिसमें सामग्री-कोशिका अंतःक्रिया सटीक हो।”

बोरोफेन संरचना का जीवित कोशिकाओं के साथ कैसे अंतःक्रिया करता है, इसे बेहतर समझने से इसकी सुरक्षा प्रोफ़ाइल स्पष्ट करने में भी मदद मिलेगी।

यह बोरोफेन की अनूठी विशेषताओं का उपयोग करने वाले अधिक सुरक्षित, अधिक प्रभावी इम्प्लांटेबल मेडिकल डिवाइसों की ओर भी ले जा सकता है। न केवल यह बहुत हल्की और मजबूत सामग्री है, बल्कि बोरोफेन प्रभावी चुंबकीय और इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण भी प्रदान करता है।

इसलिए, बोरोफेन का उपयोग बायोसेंसर या बायो‑मैकेनिकल सिस्टम विकसित करने में भी किया जा सकता है।

अन्य बोरोफेन अनुप्रयोग

ग्राफीन की तरह, बोरोफेन कई हाई‑टेक अनुप्रयोगों के लिए एक आशाजनक सामग्री है। इनमें शामिल हैं:

• फ़ोटॉनिक्स कम्प्यूटिंग: विशेष रूप से, बोरोफेन को फ़ोटॉनिक्स अनुप्रयोगों के लिए लेज़र में उपयोग किया जा सकता है।
• कैटालिसिस, विशेष रूप से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के साथ अंतःक्रिया में। इसे हाइड्रोजन को अधिक कुशलता से संग्रहीत करने के लिए भी उपयोग किया जा सकता है।
• सेंसर, विशेष रूप से गैसों के लिए, लेकिन जैसा कि उल्लेख किया गया है, बायो‑इमेजिंग जैसे फ़्लोरेसेंस इमेजिंग, फ़ोटोथर्मल इमेजिंग, और फ़ोटोऐकौस्टिक इमेजिंग।
• बैटरियां, जिसमें बोरोफेन से एनोड बनाना शामिल है।
• उन्नत ऊर्जा, जिसमें अल्ट्रा‑कैपेसिटर और सुपरकंडक्टर्स शामिल हैं।

इन अनुप्रयोगों को चिरल बोरोफेन से संभावित रूप से लाभ मिल सकता है, और नई सामग्री को प्रत्येक के लिए अलग‑अलग परीक्षण की आवश्यकता होगी।

संभावित बोरोफेन कंपनियां

एक ऐसी सामग्री जो एक दशक से भी कम समय पहले खोजी गई है, बोरोफेन अभी भी बड़े पैमाने पर उत्पादन से काफी दूर है और मुख्यतः सामग्री विज्ञान (और जल्द ही जीवविज्ञान?) प्रयोगशालाओं में सीमित है।

हालांकि, 2015 में पहली बार बोरोफेन को संश्लेषित करने का तरीका, जिसे “केमिकल वेपर डिपोज़िशन” या CVD कहा जाता है, नई तकनीक नहीं है। यह अर्धचालक उद्योग में इंटीग्रेटेड सर्किट और फोटोवोल्टाइक (सोलर पैनल) सिस्टम बनाने के लिए सामान्यतः उपयोग किया जाता है।

CVD का उपयोग सिलिकॉन, टंगस्टन, ग्राफीन और यहां तक कि सिंथेटिक डायमंड की अल्ट्रा‑थिन परतें बनाने में किया जाता है। इसलिए कोई भी कंपनी जो पहले से ही CVD उपकरणों में अग्रणी है, ग्राफीन और अब बोरोफेन के बढ़ते अनुप्रयोगों से प्रमुख लाभार्थी बन सकती है।

CVD उन उपकरणों का हिस्सा है जिन्हें हमने “Top 10 Semiconductor Equipment Stocks for Manufacturing Support” में सूचीबद्ध कई अर्धचालक कंपनियों द्वारा उपयोग किया है। लेकिन कुछ कंपनियां CVD तकनीक से अन्य कंपनियों की तुलना में अधिक घनिष्ठ रूप से जुड़ी हुई हैं, जो अर्धचालक निर्माण प्रक्रिया के विभिन्न भागों में सक्रिय हैं।

1. Veeco

Veeco 1945 में स्थापित होने के बाद से अर्धचालक निर्माण उद्योग को उपकरणों का प्रमुख आपूर्तिकर्ता रहा है। इसकी मशीनें उन्नत EUV चिप निर्माण, 5G एंटीना, हार्ड ड्राइव, LIDAR, LEDs, इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए पावर इलेक्ट्रॉनिक्स आदि बनाने में उपयोग होती हैं।

स्रोत: Veeco

कंपनी का मुख्य तकनीकी फोकस वही CVD प्रक्रिया है जिसका उपयोग बोरोफेन उत्पादन में किया जाता है, या अधिक सटीक रूप से MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapour Deposition)।

स्रोत: Veeco

इस निचे के अर्धचालक सेक्टर में अग्रणी होने के कारण, Veeco ग्राफीन, टंगस्टन और बोरोफेन के बढ़ते उपयोग से उत्पन्न अधिक CVD अनुप्रयोगों में निवेश करने के लिए एक अच्छा उम्मीदवार हो सकता है, क्योंकि हम परमाणु स्तर पर पदार्थ को नियंत्रित करने में लगातार बेहतर होते जा रहे हैं।

यह डिजिटलाइजेशन, AI और इलेक्ट्रिफिकेशन के बड़े रुझानों से भी लाभान्वित होगा।

2. Ulvac (6728.T)

जापानी कंपनी Ulvac वैक्यूम तकनीक में विशेषज्ञ है, विशेष रूप से CVD और अर्धचालक अनुप्रयोगों में उपयोग होने वाली। यह चिप, LED, फोटोवोल्टाइक, बैटरियों आदि के निर्माताओं के लिए प्रमुख उपकरण आपूर्तिकर्ता बनाती है।

स्रोत: Ulvac

कंपनी अन्य बाजारों में भी सक्रिय है, विशेष रूप से FPD (Flat Panel Display) जैसे स्क्रीन और टीवी। यह टाइटेनियम, टैंटलम, जिरकोनियम, नियोबियम आदि जैसे उच्च‑प्रदर्शन धातुओं का उत्पादन करती है, साथ ही विभिन्न औद्योगिक उपकरण बनाती है (आंतरिक दहन इंजन भाग, चुंबकीय सामग्री, फार्मास्यूटिकल्स का फ्रीज़‑ड्राइंग या शुद्धिकरण, खाद्य का वैक्यूम‑ड्राइंग)।

स्रोत: Ulvac Q3 2024

Ulvac तकनीक CVD प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण है, और इसकी बिक्री नई अनुप्रयोगों और उन्नत सामग्रियों की बढ़ती मांग से लाभान्वित होगी, जिनमें वैक्यूम की आवश्यकता होती है, जैसे बैटरियां, चिप, सोलर पैनल, मैग्नेट, LED, स्क्रीन, उन्नत फार्मास्यूटिकल्स आदि।

हालांकि, संभावित अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला के कारण, यह शुद्ध CVD कंपनियों जैसे Veeco की तुलना में अर्धचालक उद्योग की गतिविधियों पर कम निर्भर है।

अर्धचालक निर्माण उपकरण आपूर्तिकर्ताओं के लिए व्यावसायिक गतिविधि की चक्रवृद्धि प्रकृति को देखते हुए, यह Ulvac को एक कम अस्थिर निवेश बनाता है। यह USA और चीन के बीच अर्धचालक उद्योग में व्यापार युद्धों के बढ़ते जोखिम से भी कम प्रभावित रहेगा।