Borofen, iki boyutlu tek atom kalınlığında bor katmanlarından oluşan bir malzemedir. Borun kristalli bir atomik tek tabakası olarak da tanımlanır, yani borun iki boyutlu bir allotropudur. Sahip olduğu süper iletim özelliği sayesinde elektrik ve ısı iletiminde dikkat çekmektedir.
Borofenin Özellikleri
Borofen aşağıdaki özelliklere sahiptir:
- Klasik kovalent bağların yanı sıra metalik benzeri çok merkezli bağlara sahip kristal yapılar içerir.
- Yüksek mukavemete sahiptir.
- Reaktivitesi sayesinde matris ile kovalent bağ oluşturabilir.
- Ultra yüksek hidrojen depolama kapasitesine sahiptir.
- Kristal yapısı sayesinde yüksek sıcaklıkta süper iletkenlik özelliği gösterir.
- Yüksek esneklik değerine sahiptir.
- İdeal mukavemete sahiptir.
Borofen'in grafenden daha güçlü olduğu ve birçok fonksiyonel özelliğe sahip olduğu bilinmektedir. Foppl-von Karman sayısı, grafenin iki katından fazladır, bu da borofenlerin esnek atomik katmanlar olduğunu gösterir.
Borofen Sentezi
İki boyutlu bor tabakaları, Ag(111) ve Au(111) düzlemlerinde ultra yüksek vakumda (UHV) moleküler ışın epitaksisi (MBE) kullanılarak elde edilir. Bu yöntemde, yüksek saflıkta bor kaynağı, ultra yüksek vakum (UHV) sisteminde bir elektron ışını buharlaştırıcı ile buharlaştırılarak, belirli bir sıcaklıkta inert Ag(111) yüzey üzerinde borofen tabakası olarak biriktirilir. Üretim yönteminde kullanılan altlık ve sıcaklık, elde edilecek borofenin yapısını belirleyen önemli faktörlerdir. Kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle de tek katmanlı borofen sentezlenebilirken diğer yöntemlerde henüz aynı başarı sağlanamamıştır.
Borofenin Kullanım Alanları
Borofen'in potansiyel kullanım alanları şunlardır:
- Bataryalar: Hafifliği nedeniyle yeni nesil lityum-iyon bataryalarda anot olarak kullanılabilir. Enerji depolama sistemlerinde hem verimi, hem de kapasiteyi artırır. Ayrıca Lityum-iyon, lityum sülfür bataryalarda, süper kapasitörlerde ve metal hava bataryalarda katalizör olarak değerlendirilebilir. Yüksek özgül kapasitesi, elektronik iletkenliği ve iyon taşıma özelliklerinden dolayı piller için anot malzemesi olma potansiyeline sahiptir.
- Esnek Elektronikler ve Süperkapasitörler: Yüksek esnekliği sayesinde esnek elektroniklerde ve süper kapasitörlerde kullanılabilir. Esnek elektrotlar ve nanoelektronik kontaklar/yüzeyler olarak da kullanılabilir.
- Biyomedikal Araçlar: Biyomedikal araçlarda kullanılan elektronik ve optik devrelerde kullanılabilir.
- Biyosensörler: Biyosensör uygulamalarında kullanılabilir.
- Sıcaklık Yönetim Sistemleri: Sıcaklık yönetim sistemlerinde ve yeni nesil giyilebilir araçlarda kullanılabilir.
- Kuantum Bilgisayarlar: Hafifliği ve az yer kaplaması nedeniyle kuantum bilgisayarlarda tercih edilebilir. Süper hızlı kuantum bilgisayarlarda kullanılabilir.
- Nanokompozit Malzemeler: Nanokompozit malzemelerin üretiminde kullanılabilir. Polimer ve seramik matrisli kompozitlerde takviye malzemesi olarak kullanılabilir ve seramik malzemelerin esneklik eksikliğini gidererek birtakım iyileştirmeler sunabilir.
- Uzay Uygulamaları: Yüksek esneklik özelliği sayesinde uzay uygulamalarında kullanılabilir. Esnek elektrik devreleri hem daha az yer kaplayıp hem daha hafif olmaları nedeniyle uzay uygulamalarında ihtiyaç duyulan bir teknolojidir.
- Savunma Sanayii: Balistik uygulamalarda ve anti-radar teknolojilerinde kullanılabilir.
- Hidrojen Depolama: Yüksek hidrojen depolama özelliği sayesinde hidrojen depolama uygulamalarında kullanılabilir. Ağırlığının önemli bir bölümünden fazla hidrojen depolama potansiyeli sunar.
- Katalizör: Elektrokimyasal reaksiyonlarda verimi artırmak ve reaksiyonu hızlandırmak için katalizör olarak kullanılabilir. Moleküler hidrojenin hidrojen iyonlarına parçalanmasını katalize edebilir ve suyu azaltabilir.
- Kompozit Malzemeler: Kompozitler için takviye elemanı olarak kullanılabilir. Polimer matrisli kompozitlerde, matris fazı içerisine çok az miktarlarda eklenerek mekanik olarak son ürünün özelliklerini ciddi anlamda iyileştirebilir.
- Elektromanyetik Girişim Kalkanlama: Elektromanyetik girişim kalkanlama amaçlı uygulamalarda iletken polimerler içerisinde katkı malzemesi olarak kullanılabilir.
Türkiye, dünya bor rezervinin önemli bir bölümüne sahip olup, borun işlenerek teknolojinin her alanında kullanılabilir hale getirilmesi ülke rezervinin değerlendirilmesi ve dünyada ön plana çıkması açısından stratejik öneme sahiptir.
