Eigenschappen grafeen

Grafeen is een tweedimensionaal materiaal dat bestaat uit één of een paar lagen van koolstofatomen. De atomen zijn geordend in een honingraatstructuur. Grafeen is extreem dun, sterk en zeer flexibel en geleidt uitstekend stroom en warmte. Het grote oppervlak van grafeen maakt het mogelijk om het met andere chemische stoffen te behandelen. Dit kan de genoemde eigenschappen verbeteren, of andere eigenschappen toevoegen.

De eigenschappen van het grafeen bepalen dus de mogelijkheden voor gebruik. Eigenschappen zijn bijvoorbeeld de lengte en breedte van de plaatjes, het aantal laagjes, en de stoffen die aan het oppervlak vastzitten. De schadelijkheid en mogelijke gezondheidseffecten hangen ook af van deze eigenschappen.

Dit blijkt bijvoorbeeld uit een recent onderzoek. Verschillende typen grafeen en grafeenoxide werden vergeleken. De onderzochte typen grafeen hadden dezelfde vorm en grootte. Ze verschilden wel in de hoeveelheid zuurstof die aan het oppervlak vastzat. Dit veroorzaakte een verschil in schadelijkheid in een celtest.

Het is niet altijd duidelijk hoe de verschillende typen grafeen die op de markt zijn van elkaar verschillen. Dit maakt risicobeoordeling lastig. Er is wel kennis over de veiligheid van een aantal typen grafeen. Maar het is niet duidelijk of deze kennis direct te gebruiken is voor andere typen grafeen. Daar komt bij dat er regelmatig nieuwe typen grafeen op de markt komen. De “Graphene Council” heeft daarom een classificatiesysteem ontwikkeld.

Waarom het grafeen classificatiesysteem?

De Graphene Council is een netwerkorganisatie. De organisatie helpt producenten en gebruikers van grafeen om aan de regelgeving te voldoen. Het classificatiesysteem van de Graphene Council helpt om de materiaaleigenschappen van grafeen op een gestandaardiseerde manier op te schrijven. Dit geldt voor rapporten van fabrikanten, maar ook van onderzoekers. Verschillende typen grafeen zijn zo beter te vergelijken. Het systeem bestaat uit 5 basiselementen:

• Een lijst van belangrijke materiaaleigenschappen. In deze lijst staan fysisch-chemische eigenschappen zoals vorm en grootte, het aantal laagjes en de oppervlakte-eigenschappen. Maar ook informatie over de hoe het grafeen is gemaakt en de mogelijke verontreinigingen.
• De beste testmethoden om deze materiaaleigenschappen te bepalen. In sommige gevallen geeft het systeem ook alternatieve testmethoden.
• Standaardwaarden en afkappunten om de materiaaleigenschappen te beschrijven.
• Een lijst met termen om verschillende vormen en typen grafeen op een gestandaardiseerde manier te beschrijven.
• Een invulvoorbeeld van een “Technical Data Sheet” om gegevens in de praktijk op dezelfde manier te op te schrijven.

Wat vindt het RIVM

Het classificatiesysteem geeft meer inzicht in de materiaaleigenschappen van de verschillende typen grafeen die op de markt zijn. Dit verbetert de mogelijkheden om verschillende typen grafeen te vergelijken. Dat kan helpen bij de risicobeoordeling. Bijvoorbeeld door een type grafeen dat op de markt is te vergelijken met de typen grafeen die in toxiciteitsstudies zijn getest.

Het classificatiesysteem geeft ook beter aan of een materiaal onder een bestaande REACH-registratie kan vallen, of dat een aparte registratie nodig is. Ook kan het veilige innovaties met grafeen aanmoedigen. Materiaaleigenschappen kunnen namelijk makkelijker aan toxiciteitsgegevens verbonden worden. Een mogelijk nadeel van het classificatiesysteem is dat het veel informatie vraagt aan fabrikanten. Fabrikanten moeten 19 materiaaleigenschappen invullen. Voor een groot deel hiervan moeten ze testen uitvoeren. Maar een flink deel valt ook onder productcontrole.

Voorbeeld voor andere geavanceerde materialen

Naast grafeen zijn er nog andere groepen geavanceerde materialen in opkomst met een tweedimensionale structuur. Ook voor deze materialen is een classificatiesysteem gewenst om eigenschappen en veiligheid te kunnen beoordelen. En om veilige innovaties te stimuleren.

Voorbeelden hiervan zijn grafyn en MXenes. Grafyn lijkt op grafeen, maar de manier waarop de koolstofatomen aan elkaar zitten is anders dan bij grafeen. MXenes bestaan uit een combinatie van metaal met koolstof of stikstof. De structuur van MXenes lijkt op die van grafeen.

De opbouw van een classificatiesysteem voor grafyn of MXenes kan hetzelfde zijn als dat voor grafeen. De eerste stappen naar een classificatiesysteem voor MXenes zijn inmiddels gezet. Ook voor andere geavanceerde materialen kunnen vergelijkbare systemen nuttig zijn. Welke materiaaleigenschappen er minimaal onderdeel moeten zijn van zo’n classificatiesysteem is nog niet duidelijk. Dat kan voor elke groep van materialen een beetje anders zijn.