有史以來規模最大的歐盟研究計畫已圓滿結束：石墨烯旗艦計畫於去年底正式結束。Empa 的研究人員也參與其中，如分子生物學家彼得-維克（Peter Wick），他從一開始就參與了健康與環境工作包，並與國際同行一起在專業期刊《ACS Nano》上發表了一篇綜合評論文章，總結了該領域的研究成果。

石墨烯旗艦”計劃研究了石墨烯（藍色）和相關材料對健康和環境的影響。彩色掃描電子顯微鏡。資料來源：Empa

石墨烯旗艦計畫於2013 年啟動，儘管其研究課題是石墨烯，但它的座右銘卻是”大處著眼，小處著手”：總預算為10 億歐元，是歐洲迄今為止最大的研究計劃，與同時啟動的人腦旗艦計畫齊名。

Empa的研究人員彼得-維克（Peter Wick）和蒂娜-布爾基（Tina Bürki）與30位國際同行剛剛在科學雜誌《ACS Nano》上發表了一篇關於石墨烯及相關材料對健康和環境影響的綜述文章；他們用57頁的篇幅總結了有關石墨烯材料對健康和生態風險的研究成果，參考文獻清單包括近500篇原創出版物。

“豐富的知識為我們解除了後顧之憂。我們研究了各種石墨烯和類石墨烯材料對肺部、胃腸道和胎盤的潛在急性影響，在所有研究中都沒有觀察到嚴重的急性細胞損傷效應。雖然肺細胞肯定會出現壓力反應，但組織恢復得很快。然而，一些較新的二維材料，如氮化硼、過渡金屬二鈣化物、磷烯和MXenes（見訊息框），還沒有得到很多研究。”Wick指出在這方面還需要進一步的研究

在分析中並不局限於新生產的類石墨烯材料，他們還研究了含石墨烯材料各種應用的整個生命週期。換句話說，他們研究了以下問題：當這些材料被磨損或燃燒時會發生什麼？是否會釋放石墨烯微粒，這些微塵是否會對細胞、組織或環境造成傷害？

例子之一：在聚合物（如環氧樹脂或聚醯胺）中添加百分之幾的石墨烯可以顯著提高材料的性能，如機械穩定性或導電性，但磨損顆粒不會對測試的細胞和組織產生任何石墨烯特異性奈米毒性效應。Wick 的團隊在旗艦計畫結束後仍能繼續這項研究，這也要歸功於歐盟作為所謂的”先鋒計畫”（Spearhead projects）的一部分提供的資金，Wick 是該計畫的副負責人。

除了Wick 的團隊之外，Bernd Nowack 領導的Empa 研究人員還在石墨烯旗艦專案中使用了材料流分析，計算含有石墨烯的材料未來可能對環境造成的影響，並模擬了哪些生態系統可能受到影響以及影響的程度。羅蘭-希希爾（Roland Hischier）的團隊與諾瓦克（Nowack）在Empa 技術與社會實驗室的團隊一樣，利用生命週期評估來研究不同生產方法的環境可持續性以及各種含石墨烯材料的應用實例。而來自Empa 奈米技術@表面實驗室的Roman Fasel 團隊則推進了基於窄石墨烯帶的電子元件的開發。

石墨烯旗艦”計劃的數字。圖片來源：Empa

石墨烯旗艦計畫於2013 年啟動，代表了一種全新的聯合協調研究形式，其規模前所未有。這個大型計畫旨在匯聚研究機構和產業界的研究人員，在十年內將基於石墨烯的實際應用從實驗室推向市場，從而在關鍵技術領域為歐洲創造經濟成長、新的就業機會和新的機會。在計畫實施的十年間，該聯盟由23 個國家的150 多個學術和工業研究團隊以及眾多相關成員組成。

去年9 月，為期十年的資助期隨著在瑞典哥德堡舉辦的石墨烯周而結束。最終報告展示了這個雄心勃勃的大型項目所取得的成功：旗艦項目已”產生”了近5000 篇科學出版物和80 多項專利。它在石墨烯領域創建了17 家衍生公司，總共籌集了超過1.3 億歐元的風險資本。根據德國經濟研究機構WifOR 的一項研究，石墨烯旗艦計畫為參與國帶來了總計約59 億歐元的附加價值，並為歐洲創造了8 萬多個新工作。這意味著石墨烯旗艦計畫的影響力是歐盟短期計畫的10 倍以上。

Empa 研究員Peter Wick 從一開始就參與了”健康與環境工作包”。資料來源：Empa

在計畫實施過程中，Empa 共獲得了約300 萬瑞士法郎的資助，這產生了”催化”效應。透過總額約550 萬瑞士法郎的後續項目，包括更多的歐盟項目、瑞士國家科學基金會（SNSF）資助的項目以及與工業合作夥伴的直接合作項目將這一總額提高了約三倍，而這一切都是在過去的五年中完成的。

但這類計畫的優勢遠不止於慷慨的資助，在如此長的時間內參與如此大的計畫和廣泛的網絡，一方面它促成了許多新的合作和計畫創意，另一方面，與國際合作夥伴長期合作有完全不同的特質，幾乎是盲目地互相信任；這樣一個協調良好的團隊效率更高，能取得更好的科學研究成果。

石墨烯是一種極具發展前景的材料。它由單層碳原子組成，呈蜂窩狀排列，具有非凡的特性：超強的機械強度、柔韌性、透明度以及出色的導熱性和導電性。如果對這種已經是二維的材料進行更多的空間限制，例如將其限製成狹窄的帶狀，就可以產生可控制的量子效應。這樣就可以實現從汽車製造、能量儲存到量子運算等廣泛的應用。

長期以來，這種”神奇材料”只存在於理論之中。直到2004 年，曼徹斯特大學的物理學家康斯坦丁-諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）和安德烈-蓋姆（Andre Geim）才能夠具體生產出石墨烯並對其進行表徵。為此，研究人員用膠帶剝離了一層層石墨，直到獲得厚度僅為一個原子的薄片。他們因此在2010 年獲得諾貝爾物理學獎。

此後，石墨烯一直是深入研究的主題。同時，研究人員也發現了更多的二維材料，如石墨烯衍生的石墨烯酸、氧化石墨烯和氰基石墨，這些材料可能會應用於醫學領域。研究人員希望利用氮化硼或MXenes 等無機二維材料製造功率較大的電池、開發電子元件或改進其他材料。

編譯來源：ScitechDaily