Tänka stort. Trots sitt forskningsämne kan detta mycket väl vara mottot för flaggskeppet Graphene, som lanserades 2013:Med en total budget på en miljard Euro var det Europas hittills största forskningsinitiativ, vid sidan av Human Brain Flagship, som lanserades kl. samtidigt.
Detsamma gäller översiktsartikeln om effekterna av grafen och relaterade material på hälsa och miljö, som Empa-forskarna Peter Wick och Tina Bürki precis publicerade tillsammans med 30 internationella kollegor i tidskriften ACS Nano; de sammanfattar resultaten av grafenmaterialens hälso- och ekologiska risker, referenslistan innehåller nästan 500 originalpublikationer.
En mängd kunskap – som också ger det helt klara. "Vi har undersökt de potentiella akuta effekterna av olika grafen och grafenliknande material på lungorna, i mag-tarmkanalen och i moderkakan - och inga allvarliga akuta cellskadande effekter observerades i någon av studierna", säger Wick och sammanfattar. resultaten.
Även om stressreaktioner säkert kan uppstå i lungceller, återhämtar sig vävnaden ganska snabbt. Vissa av de nyare 2D-materialen, såsom bornitrider, övergångsmetalldikalkogenider, fosfener och MXener, har dock ännu inte undersökts mycket, påpekar Wick; här behövdes ytterligare undersökningar.
I sina analyser begränsade sig Wick och Co. inte till nyproducerade grafenliknande material utan tittade också på hela livscykeln för olika tillämpningar av grafenhaltiga material. Med andra ord undersökte de frågor som:Vad händer när dessa material skavs eller bränns? Frigörs grafenpartiklar och kan detta fina damm skada celler, vävnader eller miljön?
Ett exempel:Tillsatsen av några procent grafen till polymerer, såsom epoxihartser eller polyamider, förbättrar väsentligt materialegenskaper såsom mekanisk stabilitet eller konduktivitet, men nötningspartiklarna orsakar ingen grafenspecifik nanotoxisk effekt på de celler och vävnader som testas. . Wicks team kommer att kunna fortsätta denna forskning även efter att flaggskeppsprojektet har nått sitt slut.
Förutom Wicks team har Empa-forskare under ledning av Bernd Nowack använt materialflödesanalyser som en del av Graphene Flagship för att beräkna den potentiella framtida miljöpåverkan av material som innehåller grafen och har modellerat vilka ekosystem som sannolikt kommer att påverkas och i vilken utsträckning.
Roland Hischiers team, liksom Nowacks vid Empas Technology and Society lab, använde livscykelanalyser för att undersöka miljömässig hållbarhet för olika produktionsmetoder och tillämpningsexempel för olika grafenhaltiga material.
Grafen är ett oerhört lovande material. Den består av ett enda lager av kolatomer arrangerade i ett bikakemönster och har extraordinära egenskaper:exceptionell mekanisk styrka, flexibilitet, transparens och enastående termisk och elektrisk ledningsförmåga. Om det redan tvådimensionella materialet är rumsligt begränsat ännu mer, till exempel till ett smalt band, kan kontrollerbara kvanteffekter skapas. Detta skulle kunna möjliggöra ett brett spektrum av tillämpningar, från fordonskonstruktion och energilagring till kvantberäkning.
Under lång tid existerade detta "mirakelmaterial" endast i teorin. Det var inte förrän 2004 som fysikerna Konstantin Novoselov och Andre Geim vid University of Manchester kunde producera och karakterisera grafen specifikt. För att göra detta tog forskarna bort lager av grafit med en bit tejp tills de hade flingor bara en atom tjocka. De tilldelades Nobelpriset i fysik för detta arbete 2010.
Sedan dess har grafen varit föremål för intensiv forskning. Under tiden har forskare upptäckt fler 2D-material, såsom grafenhärledd grafensyra, grafenoxid och cyanografer, som kan ha tillämpningar inom medicin. Forskare vill använda oorganiska 2D-material som bornitrid eller MXenes för att bygga batterier som är kraftfullare, utveckla elektroniska komponenter eller förbättra andra material.
Mer information: Hazel Lin et al, Environmental and Health Impacts of Graphene and Other Two-Dimensional Materials:A Graphene Flagship Perspective, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c09699
Tillhandahålls av Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology
