Ny militærbeklædning afviser kemiske og biologiske agenser

(Phys.org)—Forskere og samarbejdspartnere fra Lawrence Livermore National Laboratory er ved at udvikle et nyt militært uniformsmateriale, der afviser kemiske og biologiske stoffer ved hjælp af et nyt carbon nanorørstof.

Materialet vil blive designet til at gennemgå en hurtig overgang fra en åndbar tilstand til en beskyttende tilstand. De meget åndbare membraner ville have porer lavet af et par nanometer brede vertikalt justerede kulstofnanorør, der er overflademodificeret med et funktionelt lag, der reagerer på kemisk krigsførelse. Reaktion på truslen ville blive udløst af et direkte angreb af kemisk krigsførelse på membranoverfladen, på hvilket tidspunkt stoffet ville skifte til en beskyttende tilstand ved at lukke CNT-poreindgangen eller ved at fjerne det forurenede overfladelag.

"Uniformen vil være som en smart anden hud, der reagerer på miljøet, sagde Francesco Fornasiero, LLNL's hovedefterforsker for det Defense Threat Reduction Agency (DTRA)-finansierede projekt. "Uden behov for et eksternt kontrolsystem, stoffet vil være i stand til at skifte reversibelt fra en meget åndbar tilstand til en beskyttende tilstand som reaktion på tilstedeværelsen af ​​miljøtruslen. I den beskyttende tilstand, uniformen vil blokere den kemiske trussel, mens den opretholder et godt åndbarhedsniveau."

Høj åndbarhed er et kritisk krav til beskyttelsestøj for at forhindre varmestress og udmattelse, når militært personel er engageret i missioner i forurenede miljøer. Nuværende beskyttende militæruniformer er baseret på tungvægts fuldbarrierebeskyttelse eller permeabelt adsorptivt beskyttende overtøj, der ikke kan opfylde det kritiske krav om samtidig høj komfort og beskyttelse, og give en passiv snarere end aktiv reaktion på en miljøtrussel.

For at give høj åndbarhed, det nye kompositmateriale vil drage fordel af de unikke transportegenskaber af carbon nanorørporer, som har to størrelsesordener hurtigere gastransporthastigheder sammenlignet med enhver anden pore af lignende størrelse.

"Vi har demonstreret, at vores små prototype carbon nanorør-membraner kan give enestående åndbarhed på trods af de meget små porestørrelser og porøsitet, " sagde Sangil Kim, en anden LLNL-forsker i Biosciences and Biotechnology Division. "Med vores samarbejdspartnere, vi vil udvikle funktionaliserede CNT-membraner med stort område."

Biologiske stoffer, såsom bakterier eller vira, er tæt på 10 nanometer store. Fordi membranporerne på uniformen kun er nogle få nanometer brede, disse membraner vil let blokere biologiske agenser.

Imidlertid, kemiske midler er meget mindre i størrelse og kræver, at membranporerne er i stand til at reagere for at blokere truslen. For at skabe en multifunktionel membran, holdet vil overflademodificere den originale prototype af kulstof nanorørmembraner med funktionelle grupper, der reagerer på kemiske trusler. De funktionelle grupper på membranen vil fornemme og blokere truslen som gatekeepere ved indgangen. Et andet responsskema vil også blive udviklet:Svarende til hvordan en levende hud skaller af, når den udfordres med farlige eksterne faktorer, stoffet vil eksfoliere ved reaktion med det kemiske middel. På denne måde stoffet vil være i stand til at blokere kemiske midler såsom svovlsennep (blistermiddel), GD og VX nervemidler, toksiner såsom stafylokok enterotoksin og biologiske sporer såsom miltbrand.

Projektet er finansieret for $13 millioner over fem år med LLNL som ledende institution. Livermore-holdet består af Fornasiero, Kim og Kuang Jen Wu. Andre samarbejdspartnere og institutioner involveret i projektet omfatter Timothy Swager ved Massachusetts Institute of Technology, Jerry Shan ved Rutgers University, Ken Carter, James Watkins, og Jeffrey Morse ved University of Massachusetts-Amherst, Heidi Schreuder-Gibson ved Natick Soldier Research Development and Engineering Center, og Robert Praino hos Chasm Technologies Inc.

"Udvikling af kemiske trusselsfølsomme kulstofnanorørmembraner er et godt eksempel på nyt materiales potentiale til at levere innovative løsninger til Department of Defense CB-behov, " sagde Tracee Harris, DTRA's videnskabs- og teknologichef for programmet Dynamic Multifunctional Material for a Second Skin. "Denne futuristiske uniform ville gøre det muligt for vores militære styrker at operere sikkert i længere perioder og med succes fuldføre deres missioner i miljøer, der er forurenet med kemiske og biologiske krigsførelsesmidler."

Laboratoriet har en historie med at udvikle kulstof nanorør til en bred vifte af applikationer, herunder afsaltning. "Vi har en avanceret carbon nanorør-platform, der skal bygges og udvides for at gøre fremskridt i det beskyttende stofmateriale til dette nye projekt, " sagde Wu.

De nye uniformer kan blive indsat i felten om mindre end 10 år.