Grafēns ir īsts brīnumbērns materiālzinātnē. Šajā oglekļa formā atomi sakārtojas divdimensionālās kārtās. Tas piešķir grafēnam izdevīgas īpašības: tas ir elektriski vadītspējīgs, gandrīz caurspīdīgs un tam ir augsta stiepes izturība. Tā kopš tā pirmās sintēzes 2004. gadā šis materiāls tiek intensīvi pētīts, arī Empa institūtā. Tā ietekme uz cilvēkiem un vidi tika rūpīgi izpētīta ES projektā «Graphene Flagship», kurā piedalījās arī Empa.
Tagad Empa pētnieki sper soli tālāk un pielieto «Safe and Sustainable by Design» principu (SSbD) uz šī jaunā materiāla. «Grafēns ir labs piemērs, jo par to jau ir daudz pētījumu un datu», skaidro Pēters Viks, kas vada Empa laboratorijas «Nanomateriāli Veselībā». «Mēs arī desmit gadu garumā esam pievērsuši uzmanību šim materiālam «Graphene Flagship» projekta ietvaros.»
Pamatidejas, kas slēpjas aiz SSbD koncepta, nav jaunas, uzsver pētnieks: Grafēna drošība un ilgtspējība jau bija centrālais temats Flagship projektā. Jaunums ir šo tēmu apvienošana SSbD-ietvarā, kas navērts, lai industrijai dotu iespēju radīt drošas un ilgtspējīgas inovācijas.
Atbilstoši Empa pētnieku mērķis nebija (tikai) noskaidrot, vai pats grafēns ir drošs un ilgtspējīgs. «Mēs vēlējāmies izmantot labu datu bāzi, lai pārbaudītu SSbD ietvara pielietojumu un noskaidrotu, kur un kā tas vēl var tikt attīstīts un vienkāršots,» skaidro Empa pētniece Fiorella Pitaro, kas strādā tehnoloģiju un sabiedrības nodaļā.
Vārds, daudzi materiāli
Uzdevums ir sarežģīts: aktīvo pētniecības un attīstības darbu pēdējo divu desmitgažu laikā tika pievienota vesela virkne saistītu produktu tīram grafēnam, tā sauktie grafēnam līdzīgie materiāli. Ir tīrs grafēns, bet arī grafēna oksīds, reducēts grafēna oksīds, «Few-Layer Graphene», kas sastāv no vairākiem slāņiem, un vēl daudz citu. Pat šie termini nav vienmēr viennozīmīgi un var nozīmēt vairākus nedaudz atšķirīgus materiālus.
Šī daudzveidība ir izaicinājums, bet arī priekšrocība SSbD pielietojumā. «Mēs varam salīdzināt datus par katru no šiem materiālu apakšklasēm un izteikt spriedumus par to, kā noteiktās variācijas kaitējuma potenciāls ir saistīts ar tās uzbūvi,» uzsver Viks. «Ņemot vērā, ka tām bieži ir līdzīgas funkcionalitātes, ideālā gadījumā varētu izmantot drošāko grafēna formu katram pielietojumam.»
Arī ceļš, kā materiāls nonāk cilvēka ķermenī, ir izšķirošs, lai spriestu par tā drošību: Vai tas tiek ieelpots vai kā daļa no medikamentiem tieši ievadīts asinsritē? Vai tas nonāk mūsu gremošanas traktā pārtikas ķēdes ceļā, vai tiek uzklāts uz ādas? «Lai ticami novērtētu cilvēka risku, mums ir jāzina materiālu pielietojums,» saka Viks. Jo pielietojums nosaka, vai, kā un kādā daudzumā notiek ekspozīcija.
Pieejams un drošs
«Instrumenti un modeļi, kurus var izmantot SSbD-ietvarā vērtēšanā, pārsvarā ir izstrādāti ķimikālijām,» uzsver Fiorella Pitaro. Kur ķimikālijām galvenokārt molekulu struktūra nosaka īpašības, materiālos ir daudz vairāk faktoru: virsmas īpašības, daļiņu forma un izmērs, apstrādes veids un daudz kas cits. Tādējādi cits Empa pētnieku mērķis ir turpināt attīstīt esošos SSbD rīkus tā, lai tos varētu pielietot arī materiālos.
SSbD mērķis ir veicināt ilgtspējīgas un drošas inovācijas. «Lai to varētu pielietot rūpniecībā, it īpaši arī mazos un vidējos uzņēmumos, šim ietvaram ir jābūt vēl pieejamākam un vienkāršākam,» saka Pēters Viks. Spriedumi par izpētītajiem materiāliem un ķimikālijām drošības un ilgtspējības kontekstā tomēr būtu jāsaglabā iespējami droši. Lai panāktu šīs pretrunīgās prasības, nepieciešami vēl citi pētījumi – tas ir kaut kas, ko Empa komandas virza dažādos projektos.
Kas attiecas uz grafēna drošību un ilgtspējību, eksperti ir piesardzīgi optimistiski. Daudzās jomās un pielietojumos tas šķiet drošāks un ilgtspējīgāks nekā mūsdienās izmantotās oglekļa bāzes alternatīvas. Tomēr tas nav nekāds brīvbiļete, lai to bez ierobežojumiem laistu vidē, viņi brīdina. «Mēs joprojām nezinām visu,» saka Empa pētnieks Viks.
Mediālais kontakts:
Anna Ettlin
Komunikācija
Tel. +41 58 765 47 33
redaktion@empa.ch