肥料は生産的な農業システムに不可欠な要素ですが、肥料の使用効率は低く、大気や水への損失が環境問題を引き起こしています。さらに、肥料の栄養素は土壌成分と反応して植物が利用しにくくなるため、栄養素が土壌に蓄積する可能性があり、使用効率が低下するだけでなく、土壌が地表水や海に浸食される懸念もあります.
したがって、肥料の使用効率を改善することは世界的な目標であり、作物へのより効果的な栄養素の供給を設計し、環境への有害な損失を最小限に抑えるための新しい工学的アプローチが必要です。この問題に対処するための最近の戦略は、多孔質材料を使用した徐放性肥料の設計、または従来の肥料のポリマーコーティングに基づいており、ある程度の成功を収めていますが、コストが厳しく制限されています.グラフェンベースのナノマテリアルは、より効果的な肥料の開発への道筋を提供する可能性があります.
グラフェンは、6 員環に配置された sp2 混成炭素の 1 原子の厚さの 2 次元 (2D) 層です。 2004 年の発見以来、グラフェンは急速に普及している「奇跡の」材料と見なされており、超高表面積、電気および熱伝導率などの並外れた物理化学的および構造的特性により、材料科学および生物学的応用において大きな関心を集めています。 、高い弾性と機械的強度、および迅速な異種電子移動。
肥料用途のためのグラフェンベースの材料の利点は、体積に対する表面積の比が非常に高いこと、高い積載能力、土壌の細孔を通って潜在的に移動できる小さなサイズ、およびさまざまな表面特性 (ゼータ電位、親水性、等。）。したがって、これらの材料は、植物に栄養素を供給し、土壌の肥沃度を改善するための代替モードを提供します.グラフェンは生体適合性材料として認識されているため、新しいバイオセンサー、薬物および遺伝子送達用のナノキャリア、組織工学、細胞イメージング、および癌治療の開発のために、かなりの生物医学研究が行われています。グラフェンの表面積 (>2500 m g) は他のどの材料よりも優れているため、この材料は薬物送達用途や農業用途に非常に魅力的です.
アデレード大学の肥料技術研究センターとグラフェンを利用した産業変革のための ARC ハブとの間の共同研究プログラムは、グラフェンベースの材料に基づいた新しい多量栄養素および微量栄養素の肥料を開発しました (Kabiri et al. 2017, 2018; Andelkovic et al. al. 2018)。カチオン性微量栄養素の場合、正味の負の表面電荷が高く、銅 (Cu) や亜鉛 (Zn) などの微量栄養素を大量に保持できる酸化グラフェンが製造されます。負に帯電したリン酸アニオンとして存在するリンの場合、酸化グラフェンの表面は最初に鉄 (Fe) で官能化され、これによりリン酸塩結合のための大きな表面積が再び提供されます。素材からのこれらの栄養素の放出は、従来の可溶性肥料よりも遅く、グラフェンベースの素材を使用して施肥された植物によるより良い栄養素の取り込みによって示されるように、植物の需要によりよく適合します.
さらに興味深い発見は、グラフェンベースの材料を含めることで粒状肥料の物理的品質が向上したことです。肥料の粒は、製造、輸送、流通、および適用中に分解および摩耗しやすく、グラフェンまたはグラフェンを少量追加することで影響を受けます。酸化物は劣化に対する耐性を著しく改善しました (Kabiri et al. 2018)。
研究チームは、肥料の使用に関する技術の特許を取得しており、現在、大手肥料メーカーとライセンス交渉中です。チームは、微量栄養素の運搬用の担体、機械的特性と放出を改善するための従来の肥料のコーティング、土壌のコンディショニングと修復を改善するためのコーティングなど、いくつかの分野の肥料業界でのグラフェンベースの材料の使用をさらに調査するために、チームによって進行中です。グラフェンを抗菌剤などとして使用します。
この作業は、アデレード大学の Md J. Nine、Shervin Kabiri、Tran Thanh Tung、Diana N. H. Tran、および Dusan Losic によって実施されました。
これらの調査結果は、以下にリストされているアデレード大学の研究チームから最近公開されたいくつかの記事で説明されています。
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