Tasarımda Güvenli ve Sürdürülebilir: Grafen Örnek Uygulama

Grafen, malzeme biliminin gerçek bir harikasıdır. Bu karbon formunda atomlar, iki boyutlu katmanlar halinde dizilir. Bu, grafene avantajlı özellikler kazandırır: Elektriksel iletkenliği vardır, neredeyse saydamdır ve yüksek çekme mukavemetine sahiptir. Bu nedenle, 2004 yılında ilk sentezinden bu yana, Empa da dahil olmak üzere, bu malzeme yoğun bir şekilde araştırılmaktadır. İnsan ve çevre üzerindeki etkileri bir AB 'Graphene Flagship' projesi kapsamında Empa'nın katılımıyla ayrıntılı olarak incelenmiştir.

Şimdi, Empa araştırmacıları bir adım daha ileri giderek, yeni malzeme üzerinde 'Tasarımda Güvenli ve Sürdürülebilir' (SSbD) ilkesini uyguluyor. 'Grafen iyi bir örnek çünkü zaten bu konuda pek çok çalışma ve veri mevcut' diye açıklıyor, Empa 'Nano Materials in Health' laboratuvarının başındaki Peter Wick. 'Biz de 'Graphene Flagship' çerçevesinde bu malzeme ile on yıl boyunca ilgilendik.'

SSbD konseptinin arkasındaki temel fikirler yeni değil, diyor araştırmacı: Grafenin güvenlik ve sürdürülebilirliği, Flagship projesinde zaten merkezi bir konuydu. Ancak, bu konuların SSbD çerçevesinde bir araya getirilmesi yeni; bu, sanayiye sürdürülebilir ve güvenli inovasyonlar sağlamayı amaçlıyor.

Buna göre, Empa araştırmacılarının amacı (sadece) grafenin kendisinin güvenli ve sürdürülebilir olup olmadığını bulmak değildi. 'SSbD çerçevesinin uygulanabilirliğini test etmek ve nerede, nasıl daha da geliştirilebileceğini ve basitleştirilebileceğini tespit etmek için iyi veri tabanını kullanmak istedik' diyor, Empa'nın 'Teknoloji ve Toplum' bölümünden Fiorella Pitaro.

Görev karmaşık; son yirmi yıldaki yoğun araştırma ve geliştirme faaliyetleri, saf grafene pek çok benzer ürün ekledi, yani grafen benzeri malzemeler. Saf grafen vardır ama aynı zamanda grafen oksit, azaltılmış grafen oksit, birkaç katmandan oluşan 'Few-Layer Graphene' ve daha birçok var. Hatta bu terimler bile her zaman net değil ve kendileri de hafifçe farklı malzemeleri ifade edebilir.

Bu çeşitlilik, SSbD uygulaması için bir zorluk olmanın yanı sıra bir avantajdır da. 'Bu malzeme alt sınıflarının her biri için verileri karşılaştırabiliriz ve belirli bir varyantın yapısıyla nasıl bir zarar potansiyeli taşıdığına dair açıklamalar yapabiliriz' diyor Wick. 'Çoğunlukla benzer işlevselliklere sahip olduklarından, her uygulama için en güvenli grafen formunu kullanmak ideal bir şekilde mümkün olur.'

Ayrıca, malzemenin insan vücuduna hangi yoldan girdiği de güvenliği hakkında yapılan açıklamalarda belirleyicidir: Solunur mu veya bir ilacın parçası olarak doğrudan kan dolaşımına mı enjekte edilir? Besin zincirinden mi sindirim sistemimize ulaşır, yoksa cilde mi uygulanır? 'İnsan için riski güvenilir bir şekilde tahmin edebilmek için malzemenin kullanımını bilmeliyiz' diyor Wick. Çünkü uygulama, maruziyetin ne şekilde, miktarda olacağını belirler.

'Kullanılan araçlar ve modeller, SSbD çerçevesinde yapılan değerlendirmeler için çoğunlukla kimyasallar için geliştirilmiştir' diyor Fiorella Pitaro. Kimyasallarda esas olarak molekül yapısı özellikleri belirlerken, malzemelerde çok daha fazla faktör devreye girer: yüzey yapısı, parçacıkların şekli ve büyüklüğü, işleme şekli ve daha fazlası. Bu nedenle, mevcut SSbD araçlarını da malzemeler için kullanılabilir hale getirmek, Empa araştırmacılarının bir diğer hedefidir.

SSbD'nin amacı, sürdürülebilir ve güvenli inovasyonları teşvik etmektir. 'Özellikle KOBİ'ler olmak üzere sanayinin bunu uygulayabilmesi için çerçevenin daha erişilebilir ve basit hale gelmesi gerekiyor' diyor Peter Wick. SSbD'nin incelemiş olduğu malzemeler ve kimyasallar hakkında verdiği güvenlik ve sürdürülebilirlik beyanlarının her ne kadar mümkün olduğunca güvenilir olması gerektiği söylense de, bu çelişkili talepleri dengelemek için daha fazla araştırma gerekiyor – Empa ekiplerinin farklı projelerde ilerlettiği bir şey.

Grafenin güvenlik ve sürdürülebilirliği konusunda uzmanlar ihtiyatlı bir şekilde iyimser. Pek çok alan ve uygulamada, bu malzeme, bugün kullanılan karbon temelli alternatiflerden daha güvenli ve sürdürülebilir görünüyor. Ancak bu, onu çevreye sınırsız bir şekilde serbest bırakmak için bir açık çek değil, diye uyarıyorlar. 'Henüz her şeyi bilmiyoruz,' diyor Empa araştırmacısı Wick.

Editör notu: Görsel hakları ilgili yayıncıya aittir. Görsel hakları: Empa