Borofen Nedir?

İki boyutlu malzemelerin, çok geniş bir çalışma yelpazesi bulunduğundan dolayı son zamanlarda çok fazla rağbet görmeye başladı. Şüphesiz ki en çok rağbet gören malzemelerin başında grafen geliyor. Grafenin gördüğü bu rağbetin sebepleri ise grafenin güçlü, esnek, elektrik ve ısıl iletkenlik özelliklerini barındırmasıdır. Grafenden elde edilen bu başarı, bilim insanlarını daha farklı ve alternatif malzemeler bulmaya itti. Bilim insanlarının 2015 yılında borofeni sentezlemesi ile kağıtlar tekrardan dağıtıldı diyebiliriz. Peki borofen nedir? biraz da ona değinelim.

Borofen Nedir?

Borofenin yapısını incelendiğimizde, tek katmanlı hegzagonal yapıda dizilmiş bor atomlarından oluştuğunu görebiliriz. Yapılan bazı çalışmalar sonucunda borofenin, sabit bir diziliş biçiminden çok, farklı atom dizilimlerine ve farklı fazlara sahip olduğu görülmüştür. Bunun yanında, borofen farklı karakteristik özellikler sergiler. Bunun sebebini sorduğumuzda ise boşluklu bir yapısının olduğunu ve bu boşlukların konumlandırılmasına ve miktarına bağlı olduğunu öğreniriz. Ortaya çıkan bu farklı karakteristik özellikler, borofenin kristal yapısında çeşitli modifikasyonlar yapılarak çok daha farklı uygulama alanlarında boy göstermesine olanak sağlamıştır. Borofen ilk kez 2015 yılında sentezlenmiştir. Bunu da moleküler ışın üst bırakımı yöntemi ile gerçekleştirmiştir. Son yıllarda, kimyasal buhar biriktirme ve MBE yöntemleri kullanılan çalışmalarda tek katmanlı borofen sentezlenebiliyorken diğer yöntemlerlerde ise pek bir başarı sağlanamamıştır.

MBE Yöntemi Nedir?

MBE yöntemi, yüksek saflıktaki boru, elektron-ışın buharlaştırıcı yardımı ile yüzeyi temizlenmiş zemin malzemesi üzerine yüksek vakum altında buharlaştırılması işlemine denir. Bu üretim yönteminde kullanılan altlık ve bulunduğu sıcaklık, elde edilecek olan borofenin yapısını belirleyen önemli hususlardandır.

Borofenin Kullanım Alanları

Çalışmalar çok eskilere dayanmasa da şimdiden gözle görülür bir ilerleme kaydedildi.

1. Bataryalar (hafiflik özelliğinden dolayı bu alanda tercih ediliyor)
2. Esnek elektronikler, süperkapasitörler (yüksek esnekliğinden dolayı kullanılıyor)
3. Biyomedikal araçlarda kullanılan elektronik ve optik devreler
4. Biyosensörler
5. Sıcaklık yönetim sistemleri, yeni nesil giyilebilir araçlar
6. Kuantum bilgisayarlar (hafif olması ve az yer kaplamasından dolayı kullanılıyor)
7. Nanokompozit malzemelerde
8. Uzay uygulamalarında (yüksek esneklik özelliğinden dolayı kullanılıyor)

Malzemenin esnekliği ile mukavemeti ters orantılı bir şekilde ilerler. Bundan dolayı, borofenin çok esnek bir malzeme olduğunu söylerken aynı zamanda da mukavemetinin de ideal bir değerde olduğunu söylemeden geçemeyeceğim. Bir malzemenin, ideal esneklik ve ideal mukavemet göstermesi, o malzemenin diğer malzemelerden bir adım öne çıkmasına olanak sağlar.

Borofenin Potansiyel Kullanım Alanları

1. Polimer ve seramik matrisli kompozitlerde takviye malzemesi olarak kullanılabilir. (Seramik malzemesinin esneklik eksiğini kapatarak birtakım iyileştirmeler sunabilir)
2. Elektromanyetik girişim kalkanlama amaçlı uygulamalarda iletken polimerler içerisinde katkı malzemesi olarak kullanılabilir (Bunu da süper iletken özelliği sayesinde sağlar)
3. Seramik matrisli kompozitlerin kullanıldığı alanlarda. Başta savunma, havacılık ve uzay olmak üzere birçok farklı sektöre yönelik iyileştirmeler yapabilir
4. Uzay uygulamalarında kullanılacak Li-iyon bataryalarda kullanılabilir (pil hücresinde anot olarak kullanıldığında, yaygın olarak kullanılan grafite göre 5 kat kadar daha yüksek enerji depolayabiliyor)

Borofenin termal iletkenlik değeri grafenden fazlasıyla düşüktür. Bu karakteristik özellik sayesinde, termal enerjinin kontrol edilebilirliğinin istenildiği uygulamalarda kullanılmasını mümkün kılar. Araştırmaların belli bir noktaya geldiğini söylemekte fayda var ama tam olarak istenilen ilerleme kaydedilemedi. Ama küçük bir tahminde bulunmak hiç de zor olmasa gerek. Borofenin yüksek mukavemet, yüksek esneklik ve hafif olması gibi özellikleri barındırmasından dolayı, ileriki zamanlarda çok daha çeşitli kompozit malzemelerde takviye malzemesi olarak kullanılarak, kompozit malzemelerinin eksiklerini kapatacağı aşikâr. Aşağıdaki resimde de görüldüğü gibi borofenin, sabit bir diziliş biçiminden çok, farklı atom dizilimlerine ve farklı fazlara sahip olması en büyük artısı olarak sayılabilir.

Sonuç

Borofenin; hafiflik, esneklik, yüksek mukavemet, verimli bir şekilde enerji depolayabilme, süper iletkenlik ve az yer kaplaması gibi özellikleri barındırmasından dolayı borofen, malzeme bilimi dünyasında ileriki yıllarda adından çok daha fazla söz ettirecek gibi duruyor. İnsanlığın geleceği uzayda mı? diye sorduğumuz bu günlerde hafiflik, süper iletkenlik ve yüksek enerji depolayabilme özellikleri sayesinde Li-iyon, lityum sülfür bataryalarda, süper kapasitörlerde ve metal hava bataryalarda katalizör olarak değerlendirilebilir olması, borofeni uzay uygulamalarında yenilikçi bir çözüm olarak karşımıza çıkarabilir. Gelecekte çok daha sıklıkla yardımına başvuracağımız borofenin, diğer bir kullanım alanı polimer ve seramik matrisli kompozitlerde takviye malzemesi olarak kullanılması. Bu alanda ise borofenin esneklik ve mukavemet özelliklerinden faydalanılacak. Borofen adına gelecek bu kadar umutluyken, Türkiye için de aynı umuttan bahsedebilir miyiz? Türkiye, dünya bor rezervinin yaklaşık %73’üne sahiptir. Bu kapsamda var olan borun işlenip teknolojinin her alanında kullanılabilir hale getirilebilmesi, ülke rezervinin değerlendirilip ve dünyada ön plana olasılığı geleceğe umutla bakmamızı sağlıyor.