Nytt supertunt kolmaterial kan stoppa projektiler

2021-07-06 06:00  

Genom att arbeta med ett kolbaserat material på nanonivå har forskare i USA och Schweiz lyckats skapa något som är tunnare än ett hårstrå, men som ändå kan stoppa projektiler. Materialet har enligt en svensk forskare potential att tillverkas i stor skala.

Jämfört med andra material som kevlar, aluminium och stål är det nya materialet som forskare vid MIT, Caltech och ETH i Zürich utvecklat betydligt mer stryktåligt. Det har skapats genom en komplicerad process som beskrivs med ordet nanoarkitektur.

Tekniken kallas tvåfotonlitografi, där en snabb och kraftfull laser används för att stelna mikroskopiska strukturer av grafen i vissa positioner. Forskarna konstruerade ett mönster som kallas tetradecahedron, en tredimensionell struktur som består av 14 sidor. Sedan tvättades ytan och materialet placerades i en vakuumugn där det vid hög temperatur omvandlades från polymeren till kol.

– Kol är normalt sett ett skört material, men placeringen av kristallerna i vårt material ger det en gummiaktig egenskap, säger forskningsledaren Carlos Portela, professor i maskinteknik vid MIT, i ett pressmeddelande.

Läs mer: Textilier med grafen – framtiden för Saabs kamouflage?

Kan användas av militären – och i rymden

För att testa hur stryktåligt materialet de skapat var sköt forskarna på det med mikropartiklar i extremt höga hastigheter, genom vad som kallas laserinducerade partikelstötstester. Tekniken går ut på att en laser siktar på en glasskiva, som är belagd med en tunn film av guld, som i sin tur är belagd med ett lager kiseloxidpartiklar. När lasern passerar genom glaset genereras en snabb expansion av gas, som skjuter iväg kiseloxidpartiklarna.

Genom att justera laserns kraft kunde forskarna få partiklarna att skjutas iväg i mellan 40 och 1100 meter per sekund. Det hela filmades för att de skulle kunna se hur materialet absorberade träffen snarare än att gå sönder.

Forskarna skriver att de potentiella användningsområdena är många, bland annat för militära ändamål, men också för rymdfärder där efterfrågan på material som både är lätta och tåliga är stor.

Läs mer: Nya supertunna materialet har en fördel gentemot grafen

"Måste lägga tid på varje pixel"

Samuel Lara Avila, föreståndare för 2D-TECH och Grafencentrum på Chalmers, beskriver den nya forskningen som en bra demonstration av hur design av material på nanonivå kan gå till.

– Jag gillar hur de har värmt upp materialet till väldigt höga temperaturer för att polymerna ska bli kolliknande. Det liknar kolfiber som också är ett starkt material, säger han till Ny Teknik.

Runt om i världen händer det mycket på området, som kan beskrivas som 3d-printing fast på en nanoskala.

– Ämnet är hett och många arbetar för att kunna göra tekniken bättre och mer storskalig. I dag är det en långsam process där man måste lägga tid på varje pixel, säger Samuel Lara Avila.

Skalbarheten är den stora utmaningen, men i framtiden är det möjligt att det går att tillverka även så pass komplicerade material i stora fabriker. En väg framåt skulle kunna vara att arbeta med andra former än de som MIT-forskarna valde.

– De arbetade med en tetradecahedron, men det finns utrymme för optimering och att testa andra former, säger Samuel Lara Avila.

Forskningen har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Nature Materials, och har bland annat fått stöd från den amerikanska flottan och armén.

Henning Eklund

Mer om: Chalmers MIT

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt