אחד החומרים המשמשים את הטכנולוגיה המודרנית הוא בורופן. לפני יותר משני עשורים קבוצה של פיזיקאים יכלה לחזות את קיומה מאחר שהשתמשה בסימולציות מחשב שונות שתיארו כיצד אטומי בור יכולים להתקשר יחד ליצירת שכבה דקה יותר של חומר שיש לו אטום אחד בלבד בעובי. לחומר זה יש יישומים רבים בתחום הטכנולוגי ועם ההתפתחות בכל פעם ניתן להשיג תוצאות טובות יותר.
במאמר זה אנו נספר לכם על כל המאפיינים והשימושים של בורופן.
תכונות עיקריות
כאשר התגלה בורופן, הטכנולוגיה לא אפשרה לייצר חומר בעל מאפיינים כל כך טובים כמו היום. הציפיות של הקבוצות המדעיות העובדות על גבישי הבורופן הללו הן גבוהות למדי, מכיוון שיש בו יישומים אינסופיים בתחומים אטרקטיביים. אנו מוצאים יישומים במוליכות-על וייצור סוללות, בין היתר. למרות שבזה שאני סופר נראה שזה יותר מ גרפן, מבטיח בורופן.
בורון הוא היסוד הכימי המשמש לייצור חומר זה. זהו מוליך למחצה המאפשר להוביל חשמל או לפעול כמבודד בהתאם ללחץ, לטמפרטורה, לקרינה או לתנאים אחרים. בהיותה חצי מתכת, יש לו מאפיינים אופייניים לאותם יסודות שהם מתכות ואלה שאינם מתכות.
קרום כדור הארץ של הפלנטה שלנו מכיל מעט בורון. ניתן להפיק אותו מסלעים כמו בורקס או קולמני. סלעים אלה נוצרים באופן טבעי עקב אידוי מים עשירים במלחים מכמה אגמים. אגמים אלה נתונים לטמפרטורות גבוהות וממוקמים באזורים מדבריים, שהאקלים שלהם צחיח לחלוטין. בורון מומס ניתן למצוא גם בים בגלל משקעים של חלקיקים שתלויים באטמוספירה.
להיות מסוגל להכין יריעת בורופן צריך לקשור את האטומים יחד כך שהם יוצרים שכבה אחת בעובי אטום יחיד. אלה אחד המאפיינים שהופכים אותו לשונה מחומרים אחרים. פירוש הדבר שפשוט, יש צורך להיות מסוגל לקשר בין כל האטומים הללו באופן שיוצר שכבה אחת של אטומים. השגה זו אינה קלה. קושי זה מסביר במידה רבה את הזמן שחלף מאז שהתגלה החומר שאנו מכירים כ בורופן עד שהמדענים ייצרו בהצלחה את מעבדותיהם. על מנת לייצר חומר זה, בוצעו הדמיות שונות באמצעות מחשבים כדי להעריך מהם המשתנים הדרושים שהחומר הזה זקוק לו כדי להיות מסוגל לקשור בשכבה אחת של אטומים.
ייצור בורופן
לייצור בורופן נעשה שימוש בהליך דומה מאוד המשמש לייצור יהלום סינטטי. תהליך זה זה ידוע בתצהיר אדים כימי. מעניין לדעת שתהליך זה של תצהיר אדים כימי מורכב מהשגה שגז שהיה בטמפרטורה גבוהה ומכיל אטומי בורון יכול להתעבות על משטח הומוגני מאוד. משטח זה חייב להיות מורכב מכסף טהור. כסף טהור חייב להיות בטמפרטורה נמוכה בהרבה מזו של הגז, כך שהוא יכול להתעבות ולהתגבש עליו. כך היא מצליחה לאמץ צורה ייחודית בה היא מורכבת משכבת אטומים.
הבחירה להשתמש בכסף טהור אינה אקראית באותה מידה. ידוע כי אטומים אלו רוכשים מבנה ומרקם גבישים אחידים למדי. על ידי בעל מבנה משטח אחיד מאוד, הוא יכול להכריח את אטומי הבורון לאמץ תצורה הדומה למשטח זה. כאשר הגז בא במגע עם פני הכסף הטהור הוא נמצא בטמפרטורה נמוכה בהרבה הגז מצליח להתגבש עם מבנה דומה. כך משיגים מבנה שטוח בצורת רשת משושה.
המכשיר שנוצר הוא תא בתצהיר כימי. הצבע של הפלזמה הוא סגול וזה גז שהיה בטמפרטורה גבוהה ומכיל את החלקיקים שהולכים להיות מופקדים ומאוחדים בחומר המיוצר. עם זאת, יש לקחת בחשבון ששכבת אטומי הבורון אינה קבועה לחלוטין מכיוון שיש אטומים הבאים ליצור קשרים עם ששת האטומים האחרים שיש לאלמנט. רובם מקימים רק קשרים עם 4-5 אטומים נוספים. זה גורם לייצור חורים רבים במבנה שאינם רק מזיקים, אלא אחראים לחלק מהתכונות הפיזיקוכימיות שיש לבורופן בכללותו.
ציפיות חומר בורופין
בהתחשב במאפיינים העיקריים עליהם דנו לגבי בורופן, ישנן ציפיות מסוימות הן מצד הציבור והן מצד הקהילה המדעית. שניים מהמאפיינים המסבירים מדוע גרפן ייצר ציפיות כה רבות בגלל קשיות החומר הקיצונית וגמישותו הגבוהה. הדבר הכי נורמלי הוא שאלמנט עמיד מאוד ונמשך יש פחות גמישות.. לכן מפתיע שכל המדענים העוסקים ביצירת בורופן אישרו כי החומר גמיש וקשה יותר מגרפן.
מדענים טוענים כי חומר זה קשה מיהלום. בנוסף, הוא מוליך חשמל מעולה שכן יש לו אינדקס מוליכות חום גבוה. מדד זה אחראי על מדידת היכולת שיש לו להובלת אנרגיה בצורת חום. מאפיין נוסף עבורו הוא מייצר ציפיות כה רבות הוא שהוא קל מאוד ובתנאי לחץ וטמפרטורה נכונים הוא מתנהג כמו מוליך-על. יש לו יכולת רבה להיות מסוגל ללכוד אטומי מימן והוא יכול לפעול בתגובה כימית כגיב. כל המאפיינים האלה מייצרים בורופן אחד החומרים המעניינים ביותר על פני כדור הארץ שהתגלה לאחרונה.
אני מקווה שעם מידע זה תוכלו ללמוד עוד על בורופן ועל מאפייניו.