Stärker als Stahl, aber nur ein Nanometer dick

Borophan ist eine Verbindung aus Bor und Wasserstoff, die nur aus einer 2 Atomen dicken Schicht besteht. Wissenschaftlern des Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums in Zusammenarbeit mit der Northwestern University und der University of Florida ist es gelungen, das instabile und reaktive Vorgängermaterial Borophen auf einer Silberschicht wachsen zu lassen und anschließend mit Wasserstoff im Hochvakuum zu Borophan zu hydrieren, um es vor Sauerstoffangriff zu schützen.

Heraus kam eine komplexe und recht stabile Struktur, die aufgrund ihrer Eigenschaften sehr gut für die Konstruktion optoelektronischer Bauteile geeignet ist. Diese nanoelektronischen Bauteile könnten z.B. in der Telekommunikation, in der Photovoltaik oder auch in medizintechnischen Geräten gut eingesetzt werden. Auch andere Einsatzgebiete sind hierbei denkbar, laut Argonne besitzt das Borophan ein unglaubliches Potenzial, man denke z.B. auch an die Quanteninformationstechnologie.

Was macht dieses Material so besonders? Bislang gibt es nur das Graphen, das ähnliche Eigenschaften aufweist. Eine zweidimensionale Schicht aus Kohlenstoff, nur 1 Atom dick, aber 200-mal so stark wie Stahl. Ähnlich ist nun Borophan, das aus dem erstmals 2015 synthetisierten Borophen gewonnen werden kann. Seine Stärke liegt in der höheren Flexibilität und seinen elektronischen Eigenschaften. Es ist stärker und leichter als Graphen und bei Normaltemperaturen und normalem Luftdruck stabil.

Die Struktur, die wesentlich komplexer als Graphen ist, wurde aus den Bildern der Rastertunnelmikroskopie und der Computermodellierung auf atomarer Ebene mit Hilfe von Computer Vision entschlüsselt. Computer Vision ist ein wissenschaftliches Feld der KI, die Supercomputer darauf trainiert, aufgenommene Bilder zu verarbeiten und zu analysieren, um so den Inhalt besser zu verstehen und daraus geometrische Informationen abzuleiten.

Allerdings konnten die Wissenschaftler acht verschiedene Strukturen des Borophans bei unterschiedlichen Temperaturen entdecken. Hier müssen die Eigenschaften der unterschiedlichen Strukturen noch genauer untersucht werden.

Autor: Dr. Ronald Hinz, Market Intelligence Senior Expert, SVP Deutschland AG
Quelle: Qiucheng Li, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Matthew S. Rahn, Eric Schwenker, Shaowei Li, Richard G. Hennig, Pierre Darancet, Maria K. Y. Chan, Mark C. Hersam. Synthesis of borophane polymorphs through hydrogenation of borophene. Science, 2021; 371 (6534): 1143 DOI: 10.1126/science.abg1874