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Borophen: Ein vielversprechendes 2D-Material

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

Hermann Sachdev, ein Wissenschaftler aus dem Arbeitskreis von Professor Klaus 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 Graphen ganz ähnlich. Es verfügt über eine interessante elektronische Bandstruktur und zusätzlich 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 nichtmetallischen Kohlenstoff und wird 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-stabilisierten 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", sagt Hermann Sachdev, Gastwissenschaftler am Lehrgebiet für Mechanische Verfahrenstechnik an der TU Kaiserslautern. Es sieht nämlich wie ein vielversprechendes Material aus. Jedoch ist seine Synthese derzeit aufwändig und muss noch verbessert und vorangetrieben werden. Borophen kann zukünftig Graphen in Anwendungen wie Batterien oder Tinten sicherlich nicht ersetzen. Allerdings wird es bestimmt in der Halbleitertechnik und in Bereichen der Tribologie, der Wissenschaft der Wechselwirkung von Oberflächen in Bewegung, zum Einsatz kommen und kann damit dazu beitragen, energetisch effizientere Bauteile zu entwickeln.

Die TU Kaiserslautern ist die einzige technisch-ingenieurwissenschaftlich ausgerichtete Universität in Rheinland-Pfalz. Zukunftsorientierte Studiengänge, eine praxisnahe Ausbildung und eine moderne Infrastruktur sind die Rahmenbedingungen, die Studierende an der Campus-Universität vorfinden. Die TU Kaiserslautern wurde beim bundesweiten Wettbewerb "Exzellente Lehre" mit dem Exzellenz-Preis für Studium und Lehre ausgezeichnet. Damit stellt die TU den hohen Stellenwert ihrer Studienangebote unter Beweis. Darüber hinaus profitieren die Studierenden und Wissenschaftler von den zahlreichen international renommierten Forschungseinrichtungen, die im Bereich der angewandten Forschung eng mit der TU Kaiserslautern kooperieren.

 

 

Katrin Müller
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