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El Borofeno un nuevo material del mundo de la electrónica que puede superar al Grafeno y fácil de producir

26/01/2016 11:23 0 Comentarios Lectura: ( palabras)

A diferencia del grafeno que se "extrae" del grafito, el borofeno debió ser creado algo así como "desde cero".Según los cálculos teóricos las propiedades de las monocapas de borofeno son diferentes. Por ello prometen el desarrollo de nuevos nanodispositivos en electrónica, fotónica y espintrónica

 

El grafeno ha sido durante mucho tiempo uno de los materiales preferidos en el mundo de la electrónica; sus propiedades le permiten conducir electricidad y calor, por lo que son perfectos para todo lo que tenga que ver con semiconductores y electrónica. El material es relativamente fácil de producir y las primeras experimentaciones han sido positivas.

Pero ahora, científicos de Rusia, China y Estados Unidos han desarrollado un material que parece ser incluso mejor: el borofeno.

A diferencia del grafeno que se "extrae" del grafito, el borofeno debió ser creado algo así como "desde cero". Primero, vaporizando el boro con un rayo de electrones (parece fácil, pero debe ser infinitamente más complejo de lo que intuye); luego se condensa ese vapor en una capa de plata y como el boro y la plata no generan ninguna reacción química entre sí, el resultado de la "mezcla" es una delgada capa de borofeno.

El borofeno, un material exótico, pero  en algunos aspectos es primo-hermano del grafeno.

Así el grafeno, una hoja de carbono de un átomo de grosor, podría tener pronto un nuevo compañero sobre todo en el ámbito de los nanomateriales. En esta capa, los átomos de carbono están distribuidos formando una retícula hexagonal, que recuerda a la de un panal de abejas. Este singular material es más fuerte a igual peso que el acero, y conduce mejor la electricidad que el cobre.

Los químicos han determinado, en  laboratorio y  mediante cálculos en supercomputadoras, que una configuración peculiar de 36 átomos de boro en un disco plano con un agujero hexagonal en el centro podría ser la estructura básica del “borofeno”.

El equipo del químico Lai-Sheng Wang, de la Universidad Brown, en Providence, Rhode Island, Estados Unidos, ha demostrado experimentalmente que el boro es ya un competidor del grafeno basado y ha pasado a se algo más que una posibilidad.

Desde el descubrimiento del grafeno, los científicos se han preguntado si el boro, vecino del carbono en la tabla periódica, podría ser configurado en hojas de un único átomo de grosor. El trabajo teórico sugería que esto era posible, pero que los átomos tendrían que estar posicionados de una forma muy particular.

El boro tiene un electrón menos que el carbono, y como resultado de ello no puede formar la celosía en forma de panel de abeja que constituye el grafeno. Para que el boro forme una capa de un solo átomo, los teóricos sugirieron que los átomos deben estar dispuestos en una retícula triangular con "huecos" hexagonales en ella.

Un conjunto de 36 átomos de boro, a la izquierda, configurado como un disco plano con un agujero hexagonal en el medio, cumple las condiciones teóricas para hacer viable la fabricación de una lámina de boro de un átomo de espesor.

El Borofeno no está en la naturaleza por eso ha habido que crearlo según modelos teóricos de laboratorio

Los resultados más recientes de su línea de investigación que Wang  ha hecho públicos sugieren que esta estructura es más que sólo un cálculo teórico. Wang y sus colegas, que han estudiado la química del boro durante muchos años, han proporcionado ahora la primera prueba experimental de que tal estructura es posible. Han mostrado que un conjunto de 36 átomos de boro puede formar un disco simétrico de un átomo de grosor, con un agujero hexagonal perfecto en el medio.

El reporte de IEEE Spectrum dice que el proceso de creación es relativamente barato y los experimentos iniciales muestran que el nuevo borofeno es más fuerte que el grafeno. Además, en el borofeno los electrones se mueven con mayor facilidad en una dirección, lo que para el futuro de los semiconductores " sean más relevantes".

El borofeno está todavía en fase inicial de experimentación e investigación, pero la facilidad de su proceso implica que otros laboratorios podrían crearlo usando la misma técnica y así avanzar en los estudios sobre el material. El borofeno es un nuevo material bidimensional que se une al selecto club del grafeno, fosforeno, siliceno, germaneno, etc. Se publica en Science la fabricación del borofeno por evaporación y deposición de boro en un sustrato de plata, Ag(111). La gran ventaja del borofeno es la gran afinidad química del boro que promete gran número de aplicaciones.

El borofeno tiene una estructura de átomos de boro hexagonal (similar a la de los átomos de carbono en el grafeno), pero con un átomo de boro adicional en el centro de cada hexágono. Las capas monoatómicas de boro fabricadas por el nuevo método se han caracterizado mediante microscopia de efecto túnel y mediante difracción de electrones de baja energía. Los resultados parecen coincidir con las predicciones teóricas para el borofeno. Futuros estudios tendrán que confirmar estos resultados.

Las monocapas de borofeno son tan poco estables como las de siliceno, pero son más reactivas hacia el oxígeno, lo que permite estabilizarlas con capas tampón de Si/SiOx (el siliceno se suele estabilizar usando óxido de aluminio). Además, el borofeno presenta buenas propiedades mecánicas y estructurales. Según los cálculos teóricos las propiedades de las monocapas de borofeno son diferentes a las de cualquier otro material bidimensional. Por ello prometen el desarrollo de nuevos nanodispositivos en electrónica, fotónica y espintrónica.

Por supuesto, las técnicas de fabricación del borofeno por deposición física a partir de la fase de vapor no permiten la fabricación de monocapas sin defectos; serán necesarios futuros avances en estas técnicas para lograr monocapas de la suficiente calidad como para soñar en aplicaciones prácticas. Lo más interesante es la alta reactividad química del boro que permitirá el desarrollo de monocapas dopadas con elementos como Carbono, Nitrógeno, Oxigeno, o Silicio, según Anewickti, o con diferentes grupos funcionales anclados en su superficie, incluso hidrocarburos aromáticos policíclicos.

En resumen, el borofeno tendrá un campo de mercado con poca competencia en un futuro próximo. Se dice que el grafeno será clave en las baterías y los dispositivos electrónicos del futuro, siendo las láminas de grafeno el reemplazo de las de silicio, pero ahora el borophene, o borofeno, entra en juego.

El borofeno no está en la naturaleza

Sin embargo, el borofeno no aparece de forma natural, por tanto primero se han tenido que crear modelos teóricos y fabricarlo desde cero sintetizándolo en el laboratorio. De esa manera, aseguran, laboratorios de todo el mundo podrán crear borofeno con un coste bajo y mediante una técnica fácil: evaporando boro sobre plata.

 

 

 


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