Grafenforskning:Talrige produkter, ingen akutte farer

Tænk stort. På trods af sit forskningsemne kunne dette sagtens være mottoet for Flagskibet Graphene, som blev lanceret i 2013:Med et samlet budget på en milliard Euro var det Europas hidtil største forskningsinitiativ, sideløbende med Human Brain Flagship, som blev lanceret kl. samme tid.

Det samme gælder oversigtsartiklen om virkningerne af grafen og relaterede materialer på sundhed og miljø, som Empa-forskerne Peter Wick og Tina Bürki netop har offentliggjort sammen med 30 internationale kolleger i tidsskriftet ACS Nano; de opsummerer resultaterne om de sundhedsmæssige og økologiske risici ved grafenmaterialer, referencelisten omfatter næsten 500 originale publikationer.

Et væld af viden - som også giver det helt klare. "Vi har undersøgt de potentielle akutte virkninger af forskellige grafen- og grafenlignende materialer på lungerne, i mave-tarmkanalen og i placenta - og der blev ikke observeret nogen alvorlige akutte celleskadelige virkninger i nogen af ​​undersøgelserne," siger Wick og opsummerer. resultaterne.

Selvom stressreaktioner bestemt kan forekomme i lungeceller, kommer vævet ret hurtigt. Nogle af de nyere 2D-materialer, såsom bornitrider, overgangsmetal-dichalcogenider, phosphener og MXener, er dog endnu ikke blevet undersøgt meget, påpeger Wick; yderligere undersøgelser var nødvendige her.

I deres analyser begrænsede Wick og Co. sig ikke til nyproducerede grafenlignende materialer, men kiggede også på hele livscyklussen for forskellige anvendelser af grafenholdige materialer. Med andre ord undersøgte de spørgsmål som:Hvad sker der, når disse materialer bliver slidt eller brændt? Frigives grafenpartikler, og kan dette fine støv skade celler, væv eller miljøet?

Et eksempel:Tilsætning af nogle få procent grafen til polymerer, såsom epoxyharpikser eller polyamider, forbedrer væsentligt materialeegenskaber såsom mekanisk stabilitet eller ledningsevne, men slidpartiklerne forårsager ikke nogen grafen-specifik nanotoksisk effekt på de testede celler og væv . Wicks team vil være i stand til at fortsætte denne forskning, selv efter flagskibsprojektet er afsluttet.

Ud over Wicks team har Empa-forskere ledet af Bernd Nowack brugt materialestrømsanalyser som en del af Graphene Flagship til at beregne den potentielle fremtidige miljøpåvirkning af materialer, der indeholder grafen, og har modelleret, hvilke økosystemer der sandsynligvis vil blive påvirket og i hvilket omfang.

Roland Hischiers team brugte ligesom Nowack på Empas teknologi- og samfundslaboratorium livscyklusvurderinger til at undersøge den miljømæssige bæredygtighed af forskellige produktionsmetoder og anvendelseseksempler for forskellige grafenholdige materialer.

En ny dimension:Grafen og andre 2D-materialer

Grafen er et enormt lovende materiale. Den består af et enkelt lag af kulstofatomer arrangeret i et bikagemønster og har ekstraordinære egenskaber:exceptionel mekanisk styrke, fleksibilitet, gennemsigtighed og enestående termisk og elektrisk ledningsevne. Hvis det allerede todimensionelle materiale er rumligt begrænset endnu mere, for eksempel til et smalt bånd, kan der skabes kontrollerbare kvanteeffekter. Dette kunne muliggøre en bred vifte af applikationer, fra køretøjskonstruktion og energilagring til kvanteberegning.

I lang tid eksisterede dette "mirakelmateriale" kun i teorien. Det var først i 2004, at fysikerne Konstantin Novoselov og Andre Geim ved University of Manchester var i stand til at fremstille og karakterisere grafen specifikt. For at gøre dette fjernede forskerne lag af grafit med et stykke klæbende tape, indtil de havde flager på kun et atom tykt. De blev tildelt Nobelprisen i fysik for dette arbejde i 2010.

Siden da har grafen været genstand for intensiv forskning. I mellemtiden har forskere opdaget flere 2D-materialer, såsom grafen-afledt grafensyre, grafenoxid og cyanografer, som kunne have anvendelser inden for medicin. Forskere ønsker at bruge uorganiske 2D-materialer såsom bornitrid eller MXenes til at bygge batterier, der er mere kraftfulde, udvikle elektroniske komponenter eller forbedre andre materialer.

Flere oplysninger: Hazel Lin et al., Miljø- og sundhedsvirkninger af grafen og andre todimensionelle materialer:et flagskibsperspektiv af grafen, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c09699

Leveret af Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology