Borophen: Ein vielversprechendes 2D Material

21.12.2015 - Deutschland

"Borophen", ein regelmäßiges, zweidimensionales Netzwerk aus einer monoatomaren Schicht von Boratomen, verfügt über begehrte elektronische Eigenschaften, die die Forscher eigentlich im strukturverwandten Kohlenstoff-System Graphen implementieren möchten. Es beinhaltet aber noch viel mehr.

Hermann Sachdev, ein Wissenschaftler aus dem Arbeitskreis von Professor Müllen am Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz, diskutiert die Zukunftsperspektiven von Borophene-Schichten in der neuesten Ausgabe der Fachzeitschrift Science. Die Existenz von Borophen wurde nun experimentell von Forschungsgruppen der Aragonne National Laboratories nachgewiesen. Die Schichtstruktur und elektronischen Eigenschaften sind denen des Graphens ganz ähnlich. Es verfügt über eine interessante elektronische Bandstruktur sowie extra stark aneinander gebundene Atome, die die Schicht zusätzlich mechanisch widerstandsfähig macht. Mit diesen bemerkenswerten Eigenschaften kann Borophen eine Schlüsselrolle in der Zukunft der 2D Materialforschung und Dünnschichttechnologie spielen.

Im Periodensystem befindet sich Bor zwischen metallischem Beryllium und nichtmetallischem Kohlenstoff. Daher wird es als Halbmetall klassifiziert. Das Element Bor verhält sich in chemischen Bindungen vielseitig. Es zeigt nicht nur stabile Elektronenmangelbindungen, sondern weist auch starke kovalente Bindungen auf. Daher gehören Bor und Boride mit zu den härtesten bekannten Materialien. Die 2D Borophen-Schichten können als ein Intermediat zwischen rein kovalent gebundenem Graphen und substrat-stabilisiertem Silicen oder Germanen betrachtet werden, die ebenfalls zur Gruppe der 2D Materialien gehören. Die Bandstruktur und damit das elektronische Verhalten von Borophen kann beispielsweise leicht durch Substrat-Wechselwirkungen oder einer Funktionalisierung der Oberfläche verändert werden. "Dank dieser Eigenschaften könnte Borophen sehr bald Anwendungen in elektronischen Sensoren und Halbleitern bis hin zu tribologischen Bauteilen finden", sagte Hermann Sachdev. Es ist ein vielversprechendes Material, jedoch ist seine Synthese derzeit aufwändig und muss noch verbessert werden. Borophen kann Graphen in Anwendungen wie Batterien oder Tinten sicherlich nicht ersetzen. Allerdings wird es zukünftig bestimmt in der Halbleitertechnik und in Bereichen der Tribologie, der Wissenschaft der Wechselwirkung von Oberflächen in Bewegung, zum Einsatz kommen. Es kann dazu beitragen, energetisch effizientere Bauteile zu entwickeln.