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有史以来规模最大的欧盟研究计划已圆满结束 着重关注健康、环境与创新

2024-3-2 29 3/2

有史以来规模最大的欧盟研究计划已圆满结束:石墨烯旗舰项目于去年年底正式结束。Empa 的研究人员也参与其中,如分子生物学家彼得-维克(Peter Wick),他从一开始就参与了健康与环境工作包,并与国际同行一起在专业期刊《ACS Nano》上发表了一篇综合评论文章,总结了该领域的研究成果。

有史以来规模最大的欧盟研究计划已圆满结束 着重关注健康、环境与创新

石墨烯旗舰"计划研究了石墨烯(蓝色)和相关材料对健康和环境的影响。彩色扫描电子显微镜。资料来源:Empa

石墨烯旗舰项目于 2013 年启动,尽管其研究课题是石墨烯,但它的座右铭却是"大处着眼,小处着手":总预算为 10 亿欧元,是欧洲迄今为止最大的研究计划,与同时启动的人脑旗舰计划齐名。

Empa的研究人员彼得-维克(Peter Wick)和蒂娜-布尔基(Tina Bürki)与30位国际同行刚刚在科学杂志《ACS Nano》上发表了一篇关于石墨烯及相关材料对健康和环境影响的综述文章;他们用57页的篇幅总结了有关石墨烯材料对健康和生态风险的研究成果,参考文献列表包括近500篇原创出版物。

"丰富的知识为我们解除了后顾之忧。我们研究了各种石墨烯和类石墨烯材料对肺部、胃肠道和胎盘的潜在急性影响,在所有研究中都没有观察到严重的急性细胞损伤效应。虽然肺细胞肯定会出现应激反应,但组织恢复得很快。然而,一些较新的二维材料,如氮化硼、过渡金属二钙化物、磷烯和MXenes(见信息框),还没有得到很多研究。"Wick指出在这方面还需要进一步的研究

在分析中并不局限于新生产的类石墨烯材料,他们还研究了含石墨烯材料各种应用的整个生命周期。换句话说,他们研究了以下问题:当这些材料被磨损或燃烧时会发生什么?是否会释放石墨烯微粒,这些微尘是否会对细胞、组织或环境造成危害?

例子之一:在聚合物(如环氧树脂或聚酰胺)中添加百分之几的石墨烯可以显著提高材料的性能,如机械稳定性或导电性,但磨损颗粒不会对测试的细胞和组织产生任何石墨烯特异性纳米毒性效应。Wick 的团队在旗舰项目结束后仍能继续这项研究,这也要归功于欧盟作为所谓的"先锋项目"(Spearhead projects)的一部分提供的资金,Wick 是该项目的副负责人。

除了 Wick 的团队之外,Bernd Nowack 领导的 Empa 研究人员还在石墨烯旗舰项目中使用了材料流分析,计算含有石墨烯的材料未来可能对环境造成的影响,并模拟了哪些生态系统可能受到影响以及影响的程度。罗兰-希希尔(Roland Hischier)的团队与诺瓦克(Nowack)在 Empa 技术与社会实验室的团队一样,利用生命周期评估来研究不同生产方法的环境可持续性以及各种含石墨烯材料的应用实例。而来自 Empa 纳米技术@表面实验室的 Roman Fasel 团队则推进了基于窄石墨烯带的电子元件的开发。

有史以来规模最大的欧盟研究计划已圆满结束 着重关注健康、环境与创新

石墨烯旗舰"计划的数字。图片来源:Empa

石墨烯旗舰项目于 2013 年启动,代表了一种全新的联合协调研究形式,其规模前所未有。这一大型项目旨在汇聚研究机构和产业界的研究人员,在十年内将基于石墨烯的实际应用从实验室推向市场,从而在关键技术领域为欧洲创造经济增长、新的就业机会和新的机遇。在项目实施的十年间,该联盟由 23 个国家的 150 多个学术和工业研究团队以及众多相关成员组成。

去年 9 月,为期十年的资助期随着在瑞典哥德堡举办的石墨烯周而结束。最终报告展示了这个雄心勃勃的大型项目所取得的成功:旗舰项目已"产生"了近 5000 篇科学出版物和 80 多项专利。它在石墨烯领域创建了 17 家衍生公司,总共筹集了超过 1.3 亿欧元的风险资本。根据德国经济研究机构 WifOR 的一项研究,石墨烯旗舰项目为参与国带来了总计约 59 亿欧元的附加值,并为欧洲创造了 8 万多个新工作岗位。这意味着石墨烯旗舰项目的影响力是欧盟短期项目的 10 倍以上。

有史以来规模最大的欧盟研究计划已圆满结束 着重关注健康、环境与创新

Empa 研究员 Peter Wick 从一开始就参与了"健康与环境工作包"。资料来源:Empa

在项目实施过程中,Empa 共获得了约 300 万瑞士法郎的资助,这产生了"催化"效应。通过总额约为 550 万瑞士法郎的后续项目,包括更多的欧盟项目、瑞士国家科学基金会(SNSF)资助的项目以及与工业合作伙伴的直接合作项目将这一总额提高了约三倍,而这一切都是在过去的五年中完成的。

但这类项目的优势远不止于慷慨的资助,在如此长的时间内参与如此大的项目和广泛的网络,一方面它促成了许多新的合作和项目创意,另一方面,与国际合作伙伴长期合作具有完全不同的特质,几乎是盲目地相互信任;这样一个协调良好的团队效率更高,能取得更好的科研成果。

石墨烯是一种极具发展前景的材料。它由单层碳原子组成,呈蜂窝状排列,具有非凡的特性:超强的机械强度、柔韧性、透明度以及出色的导热性和导电性。如果对这种已经是二维的材料进行更多的空间限制,例如将其限制成狭窄的带状,就可以产生可控的量子效应。这样就可以实现从汽车制造、能量存储到量子计算等广泛的应用。

长期以来,这种"神奇材料"只存在于理论之中。直到 2004 年,曼彻斯特大学的物理学家康斯坦丁-诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)和安德烈-盖姆(Andre Geim)才能够具体生产出石墨烯并对其进行表征。为此,研究人员用胶带剥离了一层层石墨,直到获得厚度仅为一个原子的薄片。他们因此于 2010 年获得诺贝尔物理学奖。

此后,石墨烯一直是深入研究的主题。与此同时,研究人员还发现了更多的二维材料,如石墨烯衍生的石墨烯酸、氧化石墨烯和氰基石墨,这些材料可能会应用于医学领域。研究人员希望利用氮化硼或 MXenes 等无机二维材料制造功率更大的电池、开发电子元件或改进其他材料。

编译来源:ScitechDaily

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