Materialteknik kan rita om global maktbalans

Upptäckarna av grafen belönades med Nobelpriset år 2010. Och de närmaste åren kan de militära tillämpningarna komma. Mest konkret kanske det handlar det om att grafen, som är flera hundra gånger starkare än stål, har bra ledningsförmåga av elektricitet och värme samt nästan är helt genomskinligt, kan komma att användas vid exempelvis reparationer av kompositer i flygplan och möjligen vid kamouflage. Det säger Steven Savage, forskningschef på Totalförsvarets forskningsinstitut, FOI.

– Det finns en enorm potential för grafen inom en mängd områden. Det finns faktiskt en hel del konsumentprodukter redan idag på marknaden. Till exempel i tennisracket, skidor, cykelramar och cykeldäck, säger Savage.

Och enligt Savage finns det nu ett visst förtroende för logistikkedjan för att ta fram tillräckligt med grafen för nämnda sportprodukter. Men Savage poängterar också att den komposit av grafen som finns i ett tennisracket inte är samma som man bygger ett flygplan av. Men materialet dyker också upp på fler ställen och möjligen används grafenkomposit nu förhållandevis storskaligt i bildäck.

– Jag har läst, jag kan inte bekräfta det, att det finns en fabrik i Kina som tillverkar fem miljoner däck om året för personbilar. En gummiblandning som fungerar för en personbil fungerar förmodligen på en militär lastbil också, säger Savage.

Enligt Savage skulle fördelarna med grafen i däck – det är små mängder, kanske någon procent som blandas i gummit – vara att värmeledningsförmågan ökar vilket skulle göra att slitaget minskar.

– Du vinner inte kriget på att däcken på en lastbil håller lite bättre men många bäckar små, säger Steven Savage, och tillägger att grafen även kan användas i gummiblandningar i packningar och tätningar som kan få bättre slitbeständighet och tåla temperaturvariationer bra.

Mobila kamouflage och reparationer

Men enligt Savage kan grafen också bli mycket användbart vid så kallade högpresterande kolfiberkompositer. Dessa kompositer används i exempelvis flyg- och fartygsindustrin. Bakgrunden är att det idag finns problem med kompositerna som är uppbyggda av flera tunna skivor av kolfiber. Mellan varje skiva finns en plast, en epoxy eller polyester, för att hålla kolfiberskivorna på plats. Men detta fyllnadsmedel har dåliga mekaniska egenskaper jämfört med kolfibern och kan skadas vilket är både svårt att upptäcka och laga. Problematiken skulle kunna minska med hjälp av att använda grafen.

– Med grafen kan man öka de mekaniska egenskaperna, exempelvis brottsäkerheten på epoxyn, säger Steven Savage.

Och även om det givetvis dröjer innan ett nytt Gripen byggs i grafen så kan materialet komma att användas för att laga befintlig komposit.

– Det kan bli en viktig tillämpning både civilt och militärt. Bland annat är Airbus intresserat av detta, säger Steven Savage.

Andra produkter som Savage säger att FOI följer noga för att se vad som händer inom de närmaste fem till tio åren beträffande grafen finns inom ballistiskt skydd (kroppsskydd) och inom kamouflageområdet.

Just när det gäller kamouflage säger Steven Savage att dagens mobila kamouflage, så kallade MCS (mobile camouflage systems) som används för att dölja exempelvis fordon, och även kamouflage för  fasta anläggningar eller utrustning i fält, inte har någon effektiv funktion när det gäller skydd mot radarupptäckt.

– Det är för tidigt att säga, men kan man bygga ett radarkamouflage skulle man gärna göra det. Och om man blandar in grafen, det är inte enkelt, men då kanske man kan styra elektrisk ledningsförmåga i dagens kamouflage och då är det inte otänkbart att man kan minska radarsignaturen, säger Savage.

När det gäller ballistiskt skydd (kroppsskydd) är Savage mer tveksam. Bedömningen är att det krävs runt 20 års utveckling för att få något riktigt säkert på plats.

– Alla säger att grafen har utomordentliga mekaniska egenskaper och det måste vara bra som ballistiskt skydd. Ja, det har bra mekaniska egenskaper men det finns inget likhetstecken med att det är ett bra ballistiskt skydd. Det är många som vill sälja ballistiskt skydd innehållande grafen, det finns företag i USA och om man läser det som de publicerar på nätet skulle jag inte våga använda det som skydd idag, säger Steven Savage.

Teknik tillgänglig för icke-vänner

Enligt Savage ligger Europa bra till när det gäller utvecklingen inom grafen med USA lite efter.

– Vad Kina gör är svårt att säga men de publicerar enormt mycket inom exempelvis radarabsorbering och grafen. Intresset är högt men vetenskapligt är kvaliteten blandad. Men det är lite oroande att Kina satsar så mycket, det kan vara något vi får möta i framtiden, säger Steven Savage.

I Nato-rapporten ”Volume 2 – 2020, Journal of the NATO Science and Technology Organization” står att Nato och vissa nationer nu är bekymrade över den revolutionerande snabba utveckling inom den civila sfären. Detta med anledning av att de flesta upptäckter som sker omfattar så kallade dubbelt användningsområde. I rapporten står att de viktigaste nya upptäckterna kan bli ”game-changing” för framtidens krigföring och militära balans.

– För 20 eller 25 år sedan utvecklades spetstekniken av försvarsindustrin och försvarsaktörer. Idag är det tvärt om. Den riktiga spetstekniken inom grafenområdet ägs av företag som gör kompositer och säljer det till högstbjudande. Så tekniken finns fritt tillgänglig för vem som helst, vänner och icke-vänner, säger Savage.

Och enligt Savage är vissa inom Nato oroade för att det tar sådan tid att utveckla försvarsmateriel i väst.

– Kina har också gammalt materiel men de utvecklar nytt hela tiden och omsättningen är mycket snabbare. Så kommer det en ny teknik som fungerar så kommer säkert Kina att implementera den först, säger Steven Savage.

Hur ser då Försvarsmakten på utvecklingen kring grafen?

– Generellt om det finns ett nytt ämne som är väldigt hållbart, väldigt lätt och dessutom har goda elektriska egenskaper så är det ju oerhört intressant i många produkter, säger Rickard Stridh,  forskningschef på Försvarsmakten.

Enligt Stridh behöver det inte handla om att nya produkter ska utvecklas med nya material. Istället kan det vara så, som nämns ovan, att befintliga produkter, exempelvis inom personligt skydd som hjälmar och västar kan komma att förbättras. Och inte minst efterfrågas alltså en utveckling inom kamouflage.

– Det är en av våra stora utmaningar. Sensorerna blir fler och fler, lättare och lättare och de finns, förutom där de fanns förr, nu också på drönare och i rymden. Så vi går mot ett läge där det nästan inte går att gömma sig och då är det är ju väldigt intressant för oss om det går att få ned signaturen på vår utrustning, säger Rickard Stridh.

Exakt hur användandet av grafen i mer ”enkla” produkter som bildäck och packningar kan komma att påverka Försvarsmakten är svårare att sia om, enligt forskningschef Stridh.

– Men det är klart att leverantörer och underleverantörer kommer att välja det bästa materialet för respektive funktion, säger han.

Samtidigt står det klart att hela frågan om nya material nu står i fokus hos Försvarsmakten. Något som konkret just nu visar sig.

– Vi startar ett eget forskningsområde för material och produktionsteknik nu i samband med de ökningar av forsknings- och teknikanslaget som vi ser. Det är under uppstart nu, säger Rickard Stridh.

Fakta – grafen: Grafen, beskrivs av Chalmers tekniska högskola som ett supermaterial. Högskolan skriver att det är 300 gånger starkare än stål och att det är det lättaste kända materialet och att det är ”ett enda lager kolatomer tjockt”. Grafen leder elektricitet bättre än koppar och materialet upptäcktes år 2004 och som en följd kom Nobelpriset i fysik 2010 till upptäckarna. Källa: Lunds tekniska högskola och Chalmers tekniska högskola.

Europeiska försvarsbyrån om militära applikationer av grafen.

Relaterat:
Den 12-13 oktober arrangerar EU-kommissionen och SOFF en konferensen om avancerade material för försvarsapplikationer i Göteborg.
https://soff.se/event/europeisk-konferens-om-avancerade-material-for-forsvarsapplikationer/

https://soff.se/2021/05/26/framtiden-ar-redan-har/