Pensare in grande. Nonostante il tema di ricerca, questo potrebbe essere il motto della Graphene Flagship, lanciata nel 2013:con un budget complessivo di un miliardo di euro, è stata fino ad oggi la più grande iniziativa di ricerca europea, insieme alla Human Brain Flagship, lanciata al allo stesso tempo.
Lo stesso vale per l'articolo sugli effetti del grafene e dei materiali correlati sulla salute e sull'ambiente, che i ricercatori dell'Empa Peter Wick e Tina Bürki hanno appena pubblicato insieme a 30 colleghi internazionali sulla rivista ACS Nano; riassumono i risultati sui rischi sanitari ed ecologici dei materiali in grafene, l'elenco di riferimento comprende quasi 500 pubblicazioni originali.
Un patrimonio di conoscenze che dà anche il via libera. "Abbiamo studiato i potenziali effetti acuti di vari materiali di grafene e simili sui polmoni, nel tratto gastrointestinale e nella placenta, e in nessuno degli studi sono stati osservati gravi effetti acuti di danno cellulare", afferma Wick, riassumendo i risultati.
Sebbene nelle cellule polmonari possano certamente verificarsi reazioni di stress, il tessuto si riprende piuttosto rapidamente. Tuttavia, alcuni dei materiali 2D più recenti, come i nitruri di boro, i dicalcogenuri dei metalli di transizione, i fosfeni e gli MXeni, non sono stati ancora studiati molto, sottolinea Wick; qui erano necessarie ulteriori indagini.
Nelle loro analisi, Wick e Co. non si sono limitati ai materiali simili al grafene di nuova produzione, ma hanno anche esaminato l’intero ciclo di vita di varie applicazioni di materiali contenenti grafene. In altre parole, hanno indagato su domande come:cosa succede quando questi materiali vengono abrasi o bruciati? Vengono rilasciate particelle di grafene e questa polvere sottile può danneggiare le cellule, i tessuti o l'ambiente?
Un esempio:l'aggiunta di una piccola percentuale di grafene ai polimeri, come resine epossidiche o poliammidi, migliora significativamente le proprietà dei materiali come stabilità meccanica o conduttività, ma le particelle di abrasione non causano alcun effetto nanotossico specifico del grafene sulle cellule e sui tessuti testati . Il team di Wick sarà in grado di continuare questa ricerca anche dopo la conclusione del progetto faro.
Oltre al team di Wick, i ricercatori dell'Empa guidati da Bernd Nowack hanno utilizzato le analisi del flusso di materiale come parte della Graphene Flagship per calcolare il potenziale impatto ambientale futuro dei materiali contenenti grafene e hanno modellato quali ecosistemi potrebbero essere colpiti e in quale misura. /P>
Il team di Roland Hischier, come quello di Nowack presso il laboratorio Technology and Society dell'Empa, ha utilizzato valutazioni del ciclo di vita per studiare la sostenibilità ambientale di diversi metodi di produzione ed esempi di applicazione per vari materiali contenenti grafene.
Il grafene è un materiale estremamente promettente. È costituito da un unico strato di atomi di carbonio disposti a nido d'ape e possiede proprietà straordinarie:eccezionale resistenza meccanica, flessibilità, trasparenza e straordinaria conduttività termica ed elettrica. Se il materiale già bidimensionale viene ulteriormente ristretto spazialmente, ad esempio in un nastro stretto, si possono creare effetti quantistici controllabili. Ciò potrebbe consentire un'ampia gamma di applicazioni, dalla costruzione di veicoli e lo stoccaggio di energia all'informatica quantistica.
Per molto tempo questo "materiale miracoloso" esisteva solo in teoria. Fu solo nel 2004 che i fisici Konstantin Novoselov e Andre Geim dell'Università di Manchester furono in grado di produrre e caratterizzare specificamente il grafene. Per fare ciò, i ricercatori hanno rimosso gli strati di grafite con un pezzo di nastro adesivo fino ad ottenere scaglie spesse solo un atomo. Per questo lavoro hanno ricevuto il Premio Nobel per la fisica nel 2010.
Da allora, il grafene è stato oggetto di intense ricerche. Nel frattempo, i ricercatori hanno scoperto altri materiali 2D, come l’acido di grafene derivato dal grafene, l’ossido di grafene e i cianografi, che potrebbero avere applicazioni in medicina. I ricercatori vogliono utilizzare materiali 2D inorganici come il nitruro di boro o gli MXene per costruire batterie più potenti, sviluppare componenti elettronici o migliorare altri materiali.
Ulteriori informazioni: Hazel Lin et al, Impatti sull'ambiente e sulla salute del grafene e di altri materiali bidimensionali:una prospettiva di punta del grafene, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c09699
Fornito dai Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali
