Borofene. Come il grafene, ma migliore.

Grafene realizzato in 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 grafene a singolo strato, prodotto con certezza solo nel 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.

Borofene, un altro materiale 2D, è ancora più recente, scoperto solo nel 2015. È costituito da atomi di boro invece degli atomi di carbonio usati nel grafene. È ancora più conduttivo, più sottile, più leggero, più resistente e flessibile del grafene, nonostante il grafene sia spesso descritto come un materiale miracoloso.

Fonte: Nature

Poiché è così nuovo, sappiamo ancora poco sulle sue proprietà effettive e sul suo pieno potenziale. È un materiale ancora più complesso del grafene, con molte possibili configurazioni molecolari pur mantenendo le sue proprietà 2D. Le strutture molecolari del Borofene possono avere spazio per accettare altri tipi di atomi, rendendo le configurazioni potenziali ancora più numerose.

Fonte: Frontiers of Physics

E il potenziale del Borofene continua a crescere, poiché i ricercatori della Penn State hanno scoperto come migliorare il Borofene e hanno anche studiato come interagisce con le cellule viventi.

Nuovo Borofene chirale

In una pubblicazione scientifica intitolata “Induzione chirale in nanopiastrine 2D di Borofene tramite coniugazione stereoselettiva Boro‑Zolfo”, i ricercatori della Penn State si sono concentrati su una caratteristica unica del Borofene tra i materiali 2D, la sua potenziale “chirialità”. La chirialità è un termine chimico che indica che le molecole hanno una simmetria sinistra/destra. La chirialità è una caratteristica importante delle molecole organiche, ad esempio gli amminoacidi che sono i mattoni delle proteine.

Fonte: UC Santa Barbara

È attraverso l’interazione con amminoacidi chirali come la cisteina durante il processo di produzione che i ricercatori sono riusciti a conferire chirialità al Borofene, una prima mondiale per i materiali 2D.

In molecole, la chirialità può far sì che unità biologiche o chimiche esistano in due versioni che non possono essere perfettamente corrispondenti, come in un guanto sinistro e destro. Possono rispecchiarsi perfettamente, ma un guanto sinistro non si adatterà mai alla mano destra così bene come si adatta alla mano sinistra.

Prof. Dipanjan Pan

Utilizzo della chirialità nella sanità

I ricercatori hanno sintetizzato piastre di Borofene, simili a come frammenti di Borofene entrerebbero nel flusso sanguigno. Hanno scoperto che le proprietà chirali delle diverse versioni del Borofene interagivano in modo differente con le membrane cellulari e penetravano le cellule in modo diverso.

Ciò apre la strada alla progettazione di strutture personalizzate di Borofene per applicazioni come lo “sviluppo di imaging medico ad alta risoluzione con contrasto in grado di tracciare con precisione le interazioni cellulari o una migliore somministrazione di farmaci con interazioni materiale‑cellula mirate”.

Una migliore comprensione di come la struttura del Borofene interagisce con le cellule viventi aiuterà anche a chiarire il suo profilo di sicurezza.

Potrebbe anche portare a dispositivi medici impiantabili più sicuri ed efficaci che sfruttano le proprietà uniche del Borofene. Non è solo un materiale molto leggero e resistente, ma il Borofene consente anche un controllo magnetico ed elettronico efficace.

Quindi, il Borofene potrebbe anche essere usato per sviluppare biosensori o sistemi bio‑meccanici.

Altre applicazioni del Borofene

Analogamente al grafene, il Borofene è un materiale promettente per molte applicazioni ad alta tecnologia. Tra queste ci sono:

• Fotonica computazione: in particolare, il Borofene potrebbe essere usato nei laser per applicazioni fotoniche.
• Catalisi, soprattutto per interazioni che coinvolgono idrogeno e ossigeno. Potrebbe anche essere usato per immagazzinare l’idrogeno in modo più efficiente.
• Sensori, soprattutto per gas, ma anche, come menzionato, bio‑imaging come imaging a fluorescenza,  imaging fototermico, e imaging fotoacustico.
• Batterie, inclusi per realizzare anodi in Borofene.
• Energia avanzata, inclusi ultracondensatori e superconduttori.

Queste applicazioni potrebbero potenzialmente beneficiare del Borofene chirale, e il nuovo materiale dovrà essere testato separatamente per ciascuna.

Aziende potenziali di Borofene

Essendo un materiale scoperto meno di un decennio fa, il Borofene è ancora piuttosto lontano dalla produzione di massa e per lo più confinato ai laboratori di scienze dei materiali (e presto di biologia?)

Tuttavia, il modo in cui il Borofene è stato sintetizzato per la prima volta nel 2015, un metodo chiamato “deposito chimico da vapore” o CVD, non è una tecnologia nuova. È comunemente usato nell’industria dei semiconduttori per produrre circuiti integrati e sistemi fotovoltaici (pannelli solari).

Il CVD è usato per creare strati ultra‑sottili di silicio, tungsteno, grafene e persino diamanti sintetici. Quindi qualsiasi azienda già leader nelle attrezzature CVD potrebbe diventare un principale beneficiario della crescente gamma di applicazioni per il grafene e ora per il Borofene.

Il CVD è parte degli strumenti usati da molte aziende di semiconduttori che abbiamo elencato in “Top 10 Semiconductor Equipment Stocks for Manufacturing Support”. Ma alcune aziende sono più strettamente legate alla tecnologia CVD rispetto ad altre attive in diverse parti del processo di produzione dei semiconduttori.

1. Veeco

Veeco è stato un importante fornitore di attrezzature per l’industria della produzione di semiconduttori sin dalla sua fondazione nel 1945. Le sue macchine sono usate nella produzione di chip EUV avanzati, antenne 5G, hard disk, LIDAR, LED, elettronica di potenza per veicoli elettrici, ecc.

Fonte: Veeco

Il principale focus tecnologico dell’azienda è lo stesso processo CVD usato per la produzione di Borofene, o più precisamente MOCVD (Deposizione Chimica da Vapore Metal-Organica).

Fonte: Veeco

Come leader in questo segmento di nicchia dell’industria dei semiconduttori, Veeco potrebbe essere un buon candidato su cui puntare per l’aumento delle applicazioni CVD derivanti dal crescente utilizzo di grafene, tungsteno e Borofene, man mano che miglioriamo la capacità di manipolare la materia a livello atomico.

Probabilmente beneficerà anche delle enormi tendenze della digitalizzazione, dell’IA e dell’elettrificazione.

2. Ulvac (6728.T)

L’azienda giapponese Ulvac è specializzata in tecnologia del vuoto, soprattutto utilizzata in CVD e applicazioni per semiconduttori. Questo la rende un fornitore chiave di attrezzature per i produttori di chip, LED, fotovoltaico, batterie, ecc.

Fonte: Ulvac

L’azienda è attiva anche in altri mercati, in particolare FPD (Flat Panel Display) come schermi e TV. Produce anche componenti in metalli ad alte prestazioni come titanio, tantalio, zirconio, niobio, ecc, nonché attrezzature industriali per una vasta gamma di applicazioni (componenti per motori a combustione interna, materiali magnetici, liofilizzazione o purificazione di prodotti farmaceutici, essiccazione a vuoto di alimenti).

Fonte: Ulvac Q3 2024

La tecnologia Ulvac è cruciale per il processo CVD, e le sue vendite probabilmente beneficeranno delle nuove applicazioni e della crescente domanda di materiali avanzati che richiedono il vuoto, come batterie, chip, pannelli solari, magneti, LED, schermi, prodotti farmaceutici avanzati, ecc.

Tuttavia, grazie alla più ampia gamma di potenziali applicazioni, è meno dipendente dall’attività dell’industria dei semiconduttori rispetto a società pure di CVD come Veeco.

Considerando quanto ciclica possa essere l’attività commerciale per i fornitori di attrezzature per la produzione di semiconduttori, ciò rende Ulvac un investimento probabilmente meno volatile. Dovrebbe inoltre essere meno esposto al rischio emergente di guerre commerciali tra USA e Cina nell’industria dei semiconduttori.