Supermaterialet grafen väntar på genombrott

Intresset för att studera militära tillämpningar av materialet grafen är stort – men ännu finns inget genombrott.

Grafen, byggt av ett tunt skikt av kolatomer, är 200 gånger starkare än stål, leder elektricitet snabbare än kisel, är lätt, böjligt, genomskinligt och kemiskt beständigt. Materialet är nästan för bra för att vara sant med mängder av möjliga tillämpningar – bland annat som ballistiskt skydd.

– Det är lätt att dras med i stora tekniska rön, som med grafen. Men man bör hålla i minnet att tidigare upptäckter inom det nanotekniska området, som så kallade buckyballs eller nanorör, fortfarande väntar på kommersiella genombrott. Det säger Steven Savage, forskningschef på FOI:s avdelningen för ledningssystem i Linköping.

Han har i en FOI-studie samlat information från öppna källor och analyserat den för att få en uppfattning om grafens potential för förbättrad lättviktsskydd.

– Många resultat visar förbättringar i materialegenskaper som hållfasthet och seghet och ett högre ballistiskt gränsvärde när grafen inkluderas i materialen. Det finns verkligen många tänkbara användningsområden, så väl ballistiskt skydd som inom flygindustrin, men det behövs många tester och utvecklingssteg.

Stort intresse från flygindustrin

Steven Savage berättar att det finns ett stort intresse inom flygindustrin för grafen.

– Kolfiberkompositmaterialet i en Gripen består av 70 procent kolfiber, resten är plast som håller samman fibrerna. Det är plasten som går sönder vid mindre olyckor, exempelvis vid underhåll. Kan vi därför tillföra några procent grafen i plastblandningen blir materialet mycket starkare. Eftersom grafen dessutom leder el bra, behöver planen inget blixtskydd mot åsknedslag och isbildning kan enkelt avhjälpas, säger han.

Försök har också gjorts för att förstärka de viktigaste materialtyperna som används i ballistiskt skydd: fibrer, keramer, lim, polymerer och epoxi. Likaså har småskaliga ballistiska tester utförts.

– Försöken med datorsimuleringar visar att material förstärkt med grafen har en enorm energiupptagning, så möjligheterna finns. Men samtidigt visar de få praktiska tester som har gjorts på endast måttliga förbättringar.

Samtidigt är användningsområdena närmast obegränsade – exempelvis böjbar elektronik, kompositer till bilindustrin, elektronikkomponenter eller avisningsbeläggningar på vindkraftverk. Medicinska tillämpningar som konstgjorda näthinnor och biosensorer är andra tänkta produkter.

Kan det bli verklighet?

Frågan är då, kan allt detta bli verkligt? Steven Savage skrattar till.

– Som vanligt måste svaret bli: Ja kanske, men vi vet inte. Det finns tusentals forskare som arbetar med grafen, men av dem sysslar endast ett hundratal med grafen och ballistiskt skydd. Det kan ta 10–25 år för att ta fram, kvalificera, kvalitetssäkra och validera nya material för nya plattformar. Materialen som idag används för att bygga Airbus A380 började forskas fram för 30 år sedan. Å andra sidan när det väl kommer kan det ge enorma prestandaförbättringar – därför är det av största vikt att bevaka utvecklingen.