Yıllardır malzeme biliminin zirvesinde tek bir isim vardı: Grafen. "Mucize malzeme" olarak adlandırılan grafen, sağlamlığı ve iletkenliğiyle rakipsiz görülüyordu. Ancak nanoteknoloji dünyası asla yerinde durmaz. Son yıllarda laboratuvarlardan gelen fısıltılar, grafenin tahtına aday yeni bir "süper kahramanın" doğduğunu müjdeliyor: Borofen.
Bor elementinin tek atomlu katmanı olan bu yapı, teorik olarak grafenden daha güçlü, daha esnek ve enerji depolama konusunda çok daha yetenekli. Peki, bilim dünyasını bu kadar heyecanlandıran borofen nedir ve gerçekten grafeni geride bırakabilir mi?
Bu yazımızda, henüz ticari olarak yaygınlaşmasa da geleceğin teknolojisini inşa etmeye aday Borofen'i ve onu özel kılan sırları inceliyoruz.
Borofen, periyodik tablodaki Bor (B) elementinin iki boyutlu (2D), tek atom kalınlığındaki kristal yapısıdır. Tıpkı grafenin karbon atomlarından oluşması gibi, borofen de bor atomlarından oluşur. Ancak yapısı grafenden farklıdır. Grafen altıgen (bal peteği) bir örgüye sahipken, borofen genellikle üçgen örgülerden oluşan, ortalarında altıgen boşluklar bulunan daha karmaşık ve değişken bir yapıya sahiptir.
Varlığı 1990'larda teorik olarak öngörülmüş olsa da, ilk kez 2015 yılında sentezlenmesi başarılmıştır. Bu "genç" malzeme, kısa sürede gösterdiği performansla tüm dikkatleri üzerine çekmiştir.
Borofeni manşetlere taşıyan şey, grafen ile yapılan kıyaslamalardır. İşte bu iki devin karşılaştırması:
Grafen çelikten 200 kat sağlamdır, ancak simülasyonlar borofenin grafenden daha güçlü ve daha sert olabileceğini göstermektedir. Daha da önemlisi, borofen grafenden daha esnektir. Bu da onu bükülebilir elektronikler için daha ideal bir aday yapar.
Bu, borofenin en büyüleyici özelliğidir. Grafen her yöne aynı iletkenliği gösterir (izotropik). Borofen ise anizotropiktir; yani elektriği ve ısıyı bir yöne doğru çok iyi iletirken, diğer yöne doğru farklı iletebilir. Bu özellik, mikroçip tasarımlarında mühendislere eşsiz bir kontrol imkanı sunar.
Lityum-iyon pillerde anot malzemesi olarak kullanıldığında, borofenin teorik kapasitesi grafenden çok daha yüksektir. Lityum iyonlarını depolama kapasitesi grafenin yaklaşık 1.5 - 2 katıdır.
Borofen henüz laboratuvar aşamasında olsa da, vaat ettiği potansiyel endüstrileri şimdiden heyecanlandırıyor.
Elektrikli araçların en büyük ihtiyacı olan yüksek kapasite ve hızlı şarj, borofen ile mümkün olabilir. Borofen anotlar, iyonların çok hızlı hareket etmesine izin vererek şarj sürelerini dakikalara indirebilir.
Temiz enerjinin geleceği olan hidrojenin depolanması zordur. Borofenin metalik yapısı ve geniş yüzey alanı, hidrojen atomlarını %15 ağırlık oranında depolayabilir ki bu, endüstriyel hedeflerin çok üzerindedir.
Borofen yüzeyi o kadar aktiftir ki, ortamdaki tek bir gaz molekülünü veya biyolojik ajanı bile tespit edebilir. Bu, savunma sanayii ve tıbbi teşhislerde devrim yaratabilir.
"Madem bu kadar harika, neden her yerde borofen görmüyoruz?" sorusunun cevabı, üretim zorluğu ve kararlılık sorunudur.
Oksidasyon: Borofen havayla temas ettiği anda hızla oksitlenir (paslanır) ve yapısı bozulur. Şu an sadece yüksek vakum altında veya özel koruyucu kaplamalarla varlığını sürdürebilir. Grafen ise oda koşullarında çok kararlıdır.
Üretim Maliyeti: Şu an için sadece çok pahalı ve yavaş bir yöntem olan "Moleküler Işın Epitaksisi" (MBE) ile gümüş yüzeyler üzerinde üretilebilmektedir. Tonlarca üretim (Eksfoliasyon gibi yöntemlerle) henüz ticari ölçekte mümkün değildir.
Borofen, şu an için grafenin yerini almaktan ziyade, grafenin yetersiz kaldığı (aşırı yüksek kapasiteli piller gibi) özel alanlar için mükemmel bir tamamlayıcıdır.
Bilim insanları, borofeni havada kararlı hale getirmenin yollarını arıyor. Bu engel aşıldığında, malzeme bilimi kitapları yeniden yazılacak. Bir nanomalzeme tedarikçisi veya kullanıcısı olarak, bu "yeni çocuğu" takip etmekte fayda var; çünkü borofen çağı başladığında, teknoloji çok daha hızlı, hafif ve güçlü olacak.
