Borofeen. Zoals grafeen, maar dan beter.

Grafeen gemaakt van boor

De materiaalwetenschappen blijven nieuwe ontdekkingen doen, waaronder 2D-materialen. Het zijn materialen georganiseerd in een dunne laag van slechts één atoom, vandaar de naam. De eerste was enkellaags grafeen, dat pas in 2004 met zekerheid werd geproduceerd, hoewel het idee en de theorie erover veel ouder waren, en wat ertoe zou leiden dat de ontdekkers ervan in 2010 de Nobelprijs voor de natuurkunde zouden winnen.

Borofeen, een ander 2D-materiaal, is zelfs nog nieuwer en werd pas in 2015 ontdekt. ​​Het is gemaakt van booratomen in plaats van de koolstofatomen die in grafeen worden gebruikt. Het is zelfs nog beter geleidend, dunner, lichter, sterker en flexibeler dan grafeen, ondanks dat grafeen vaak wordt omschreven als een wondermateriaal.

Bron: NATUUR

Omdat het zo nieuw is, weten we nog steeds weinig over de feitelijke eigenschappen en het volledige potentieel van borofeen. Het is een materiaal dat nog complexer is dan grafeen, waarbij veel mogelijke moleculaire configuraties mogelijk zijn terwijl de 2D-eigenschappen behouden blijven. De moleculaire structuren van borofeen kunnen ruimte hebben om andere soorten atomen te accepteren, waardoor de potentiële configuraties nog talrijker worden.

Bron: Grenzen van de natuurkunde

En het potentieel van borofeen blijft groeien, omdat onderzoekers van Penn State hebben ontdekt hoe ze borofeen kunnen verbeteren, en ook hebben onderzocht hoe het interageert met levende cellen.

Nieuw chiraal borofeen

In een wetenschappelijke publicatie getiteld “Chirale inductie in 2D-borofeennanoplaatjes door stereoselectieve boor-zwavelconjugatie“, concentreerden de onderzoekers van Penn State zich op een uniek kenmerk van borofeen onder de 2D-materialen, de potentiële “chiraliteit”. Chiraliteit is een chemische term die betekent dat moleculen een links-rechts-symmetrie hebben. Chiraliteit is een belangrijk kenmerk van organische moleculen, bijvoorbeeld de aminozuren die de bouwstenen van eiwitten zijn.

Bron: UC Santa Barbara

Het is door de interactie met chirale aminozuren zoals cysteïne tijdens het productieproces dat de onderzoekers erin zijn geslaagd chiraliteit te verlenen aan borofeen, een wereldprimeur voor 2D-materialen.

In moleculen kan chiraliteit ervoor zorgen dat biologische of chemische eenheden in twee versies bestaan ​​die niet perfect op elkaar afgestemd kunnen worden, zoals in een linker en rechter want. Ze kunnen elkaar precies spiegelen, maar een linkerwant past nooit zo goed bij de rechterhand als bij de linkerhand.

Pr. Dipanjan Pan

Chiraliteit gebruiken in de gezondheidszorg

De onderzoekers synthetiseerden borofeenbloedplaatjes, vergelijkbaar met hoe fragmenten van borofeen in de bloedbaan terecht zouden komen. Ze ontdekten dat de chirale eigenschappen van de verschillende versies van borofeen op verschillende manieren met de celmembranen interageerden en de cellen op een andere manier binnenkwamen.

Dit opent de weg naar het ontwerpen van op maat gemaakte borofeenstructuren voor toepassingen zoals de “ontwikkeling van medische beeldvorming met hogere resolutie met contrast die celinteracties nauwkeurig zou kunnen volgen of een betere medicijnafgifte met nauwkeurig omschreven materiaal-celinteracties.”

Een beter begrip van de interactie van de borofeenstructuur met levende cellen zal ook helpen het veiligheidsprofiel ervan te verduidelijken.

Het zou ook kunnen leiden tot veiligere, effectievere implanteerbare medische hulpmiddelen die gebruik maken van de unieke eigenschappen van borofeen. Het is niet alleen een zeer licht en sterk materiaal, maar borofeen zorgt ook voor effectieve magnetische en elektronische controle.

Borofeen zou dus ook kunnen worden gebruikt om biosensoren of biomechanische systemen te ontwikkelen.

Andere borofeentoepassingen

Net als grafeen is borofeen een veelbelovend materiaal voor veel hightech toepassingen. Onder hen zijn:

• Photonics computergebruik: met name borofeen zou in laser kunnen worden gebruikt voor fotonica-toepassingen.
• Katalyse, vooral voor interactie waarbij betrokken is waterstof  en zuurstof. Het zou ook gebruikt kunnen worden waterstof efficiënter op te slaan.
• Sensoren, vooral voor gassen, maar ook zoals vermeld bio-imaging zoals fluorescentie beeldvorming,  fotothermische beeldvormingen fotoakoestische beeldvorming.
• Batterijen, ook voor het maken anodes uit borofeen.
• Geavanceerde energie, waaronder ultra-condensatoren en supergeleiders.

Deze toepassingen zouden potentieel kunnen profiteren van chiraal borofeen, en het nieuwe materiaal zal voor elk afzonderlijk moeten worden getest.

Potentiële borofeenbedrijven

Als materiaal dat minder dan tien jaar geleden werd ontdekt, is borofeen nog steeds vrij ver verwijderd van massaproductie en is het grotendeels beperkt tot laboratoria voor materiaalwetenschappen (en binnenkort biologie?).

De manier waarop borofeen in 2015 voor het eerst werd gesynthetiseerd, een methode die ‘chemical vapour deposition’ of CVD wordt genoemd, is echter geen nieuwe technologie. Het wordt vaak gebruikt in de halfgeleiderindustrie voor de productie van geïntegreerde schakelingen en fotovoltaïsche systemen (zonnepanelen).

CVD wordt gebruikt om ultradunne lagen silicium, wolfraam, grafeen en zelfs synthetische diamanten te creëren. Elk bedrijf dat al toonaangevend is op het gebied van CVD-apparatuur zou dus een van de belangrijkste begunstigden kunnen worden van het groeiende scala aan toepassingen voor grafeen en nu ook voor borofeen.

CVD maakt deel uit van de tools die worden gebruikt door veel halfgeleiderbedrijven die we hebben vermeld in “Top 10 aandelen van halfgeleiderapparatuur voor productieondersteuning”. Maar sommige bedrijven zijn nauwer verbonden met CVD-technologie dan andere die actief zijn in verschillende delen van het halfgeleiderproductieproces.

1. Veeco

Veeco is sinds de oprichting in 1945 een belangrijke leverancier van apparatuur aan de halfgeleiderindustrie. De machines worden gebruikt bij de productie van geavanceerde EUV-chips, 5G-antennes, harde schijven, LIDAR, LED's, vermogenselektronica voor EV's, enz.

Bron: Veeco

De technologische focus van het bedrijf ligt op hetzelfde CVD-proces dat wordt gebruikt voor de productie van borofeen, of beter gezegd MOCVD (metaal-organische chemische dampafzetting).

Bron: Veeco

Als leider in dit nichesegment van de halfgeleiderindustrie zou Veeco een goede kandidaat kunnen zijn om te wedden op de opkomst van meer CVD-toepassingen als gevolg van het toenemende gebruik van grafeen, wolfraam en borofeen, naarmate we steeds beter worden in het manipuleren van materie op het hoogste niveau. atomair niveau.

Het zal waarschijnlijk ook profiteren van de enorme trends op het gebied van digitalisering, AI en elektrificatie.

2. Ulvac (6728.T)

Het Japanse bedrijf Ulvac is specialist in vacuümtechnologie, vooral gebruikt in CVD- en halfgeleidertoepassingen. Dit maakt het tot een belangrijke leverancier van apparatuur voor producenten van chips, LED, fotovoltaïsche zonne-energie, batterijen, enz.

Bron: Ulvac

Het bedrijf is ook actief op andere markten, met name FPD (Flat Panel Display), zoals schermen en tv's. Het produceert ook onderdelen in hoogwaardige metalen zoals titanium, tantaal, zirkonium, niobium, enz., evenals industriële apparatuur voor een zeer breed scala aan toepassingen (onderdelen van verbrandingsmotoren, magnetische materialen, vriesdrogen of zuiveren van farmaceutische producten, vacuümdrogen van voedsel).

Bron: Ulvac Q3 2024

Ulvac-technologie is cruciaal voor het CVD-proces en de verkoop ervan zal waarschijnlijk profiteren van nieuwe toepassingen en de groeiende vraag naar geavanceerde materialen waarvoor vacuüm nodig is, zoals batterijen, chips, zonnepanelen, magneten, LED, schermen, geavanceerde farmaceutische producten, enz.

Dankzij het bredere scala aan potentiële toepassingen is het echter minder afhankelijk van de activiteit van de halfgeleiderindustrie dan pure CVD-bedrijven zoals Veeco.

Gezien hoe cyclisch de bedrijfsactiviteit kan zijn voor leveranciers van apparatuur voor de productie van halfgeleiders, maakt dit Ulvac waarschijnlijk een minder volatiele investering. Het zou ook minder blootgesteld moeten zijn aan het risico van handelsoorlogen tussen de VS en China in de halfgeleiderindustrie.