探索石墨烯迷宫：健康、环境和创新

欧盟有史以来最大的研究计划已经圆满结束：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，例如分子生物学家Peter Wick，他从一开始就是健康与环境工作包的一部分，并且刚刚在专业期刊ACS Nano上的一篇综合评论文章中与国际同事总结了这一领域的发现。

从大处着眼。尽管其研究主题是石墨烯旗舰项目，但这很可能是2013年推出的石墨烯旗舰项目的座右铭：总预算为10亿欧元，是迄今为止欧洲最大的研究计划，与同时启动的人脑旗舰项目并驾齐驱。这同样适用于关于石墨烯和相关材料对健康和环境影响的评论文章，Empa研究人员Peter Wick和Tina Bürki刚刚与30名国际同事一起在科学期刊ACS Nano上发表;在57页的篇幅中，他们总结了石墨烯材料健康和生态风险的发现，参考文献列表包括近500篇原始出版物。

丰富的知识——这也让一切变得清晰。“我们已经研究了各种石墨烯和类似石墨烯的材料对肺部、胃肠道和胎盘的潜在急性影响——在任何研究中都没有观察到严重的急性细胞损伤作用，”Wick 总结结果说。虽然应激反应肯定会发生在肺细胞中，但组织恢复得相当快。然而，Wick 指出，一些较新的 2D 材料，如氮化硼、过渡金属硫族化合物、膦烯和 MXenes（见信息框）尚未得到太多研究;这里需要进一步的调查。

在他们的分析中，Wick and Co. 并没有将自己局限于新生产的类石墨烯材料，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烧毁时会发生什么？石墨烯颗粒是否释放出来，这种细小的灰尘会伤害细胞、组织或环境吗？

例如：在环氧树脂或聚酰胺等聚合物中添加百分之几的石墨烯可显着改善材料性能，例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造成任何石墨烯特异性纳米毒性作用。即使在旗舰项目结束后，Wick的团队也将能够继续这项研究，这也要归功于欧盟作为所谓的Spearhead项目的一部分的资金，Wick是该项目的副负责人。

除了Wick的团队之外，由Bernd Nowack领导的Empa研究人员还使用物质流分析作为石墨烯旗舰的一部分，以计算含有石墨烯的材料对未来的潜在环境影响，并模拟了哪些生态系统可能受到影响以及影响程度如何。Roland Hischier的团队与Empa技术与社会实验室的Nowack一样，使用生命周期评估来研究各种含石墨烯材料的不同生产方法和应用实例的环境可持续性。来自Empa nanotech@surfaces实验室的Roman Fasel团队推进了基于窄石墨烯带的电子元件的开发。

欧洲研究与创新的成功案例

石墨烯旗舰项目于2013年推出，代表了一种全新的联合、协调研究形式，规模空前。该大型项目的目的是将来自研究机构和工业界的研究人员聚集在一起，在十年内将基于石墨烯的实际应用从实验室推向市场，从而为欧洲在关键技术方面创造经济增长、新的就业机会和新的机会。在其十年的生命周期中，该联盟由来自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，为期十年的资助期以瑞典哥德堡的石墨烯周结束。最终报告令人印象深刻地展示了这个雄心勃勃的大型项目的成功：旗舰已经“生产”了近 5,000 篇科学出版物和 80 多项专利。它在石墨烯领域创建了17个衍生公司，共筹集了超过1.3亿欧元的风险投资。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约59亿欧元的总附加值，并在欧洲创造了8万多个新工作岗位。这意味着石墨烯旗舰项目的影响是较短的欧盟项目的10倍以上。

在项目过程中，Empa总共获得了约300万瑞郎的资金，这产生了“催化”作用，正如Peter Wick所强调的那样：“我们通过总额约为550万瑞郎的后续项目，包括进一步的欧盟项目、瑞士国家科学基金会（SNSF）资助的项目以及与我们的工业合作伙伴的直接合作项目，以及过去五年中的所有项目，这一数字大约增加了两倍。

但此类项目的优势远远超出了慷慨的资金，Wick强调说：“在如此长的时间内参与如此庞大的项目和广泛的网络确实是独一无二的。一方面，它为项目带来了许多新的合作和想法。另一方面，与国际伙伴在如此长的时间里合作，有着完全不同的品质，我们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，并产生更好的科学结果，“威克深信不疑。最后但并非最不重要的一点是，产生了许多个人友谊。

新维度：石墨烯和其他二维材料

石墨烯是一种非常有前途的材料。它由单层碳原子组成，呈蜂窝状排列，具有非凡的性能：卓越的机械强度、柔韧性、透明度以及出色的导热性和导电性。如果已经二维的材料在空间上受到更多限制，例如进入狭窄的带状，则可以产生可控的量子效应。这可以实现广泛的应用，从车辆制造和储能到量子计算。

长期以来，这种“神奇材料”只存在于理论上。直到2004年，曼彻斯特大学的物理学家康斯坦丁·诺沃谢洛夫（Konstantin Novoselov）和安德烈·盖姆（Andre Geim）才能够专门生产和表征石墨烯。为此，研究人员用一块胶带去除石墨层，直到它们只有一个原子厚的薄片。他们因这项工作在2010年获得了诺贝尔物理学奖。

从那时起，石墨烯一直是深入研究的主题。与此同时，研究人员发现了更多的2D材料，如石墨烯衍生的石墨烯酸、氧化石墨烯和蓝光，这些材料可能在医学上得到应用。研究人员希望使用无机2D材料（如氮化硼或MXenes）来制造更强大的电池，开发电子元件或改进其他材料。