Udvikling af andet militært hudstof til at afvise kemiske og biologiske agenser

Fremtidens militæruniformer kan tilbyde et nyt lag af kritisk beskyttelse til bærere takket være forskning udført af hold ved University of Massachusetts Amherst og flere andre institutioner, der udvikler et nanorør-baseret stof, der afviser kemiske og biologiske stoffer.

UMass Amherst polymer videnskabsmænd Kenneth Carter og James Watkins, samarbejder med teamleder Francesco Fornasiero fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), modtog for nylig et femårigt 1,8 millioner dollars tilskud til at designe måder at fremstille det nye materiale på som en del af et 13 millioner dollars projekt finansieret af U.S. Defense Threat Reduction Agency. Det anslås, at de nye uniformer kan blive indsat i marken om mindre end 10 år.

Forskerne siger, at stoffet vil være i stand til at skifte reversibelt fra en meget åndbar tilstand til en beskyttende tilstand som reaktion på tilstedeværelsen af ​​miljøtruslen uden behov for et eksternt kontrolsystem. I den beskyttende tilstand, det ensartede materiale vil blokere for den kemiske trussel og samtidig opretholde et godt åndbarhedsniveau. "Uniformen vil være som en smart anden hud, der reagerer på miljøet, " siger Fornasiero.

UMass Amherst polymerforskere bringer ekspertise i additivdrevne samlingsprocesser, der bringer polymerer og nanopartikler sammen for at producere hybride funktionelle materialer til projektet. Membran- og lagfremstilling vil delvist finde sted gennem universitetets Roll-to-Roll Nanofabrication Laboratory.

Det nye stofs reversibilitet skyldes meget åndbare membraner med porer lavet af et par nanometer brede, vertikalt justerede kulstofnanorør modificeret med et funktionelt overfladelag designet til at reagere på tilstedeværelsen af ​​et kemisk krigsførelsesmiddel, siger Watkins ved UMass Amherst. Trusselsreaktionen ville blive udløst af direkte kemisk krigsførelsesagentangreb. Stoffet ville skifte til en beskyttende tilstand ved at lukke poreindgangen eller ved at fjerne det forurenede overfladelag.

For brugerens komfort og sikkerhed, høj åndbarhed er et kritisk krav til beskyttelsestøj for at forhindre varmestress, når militært personel er engageret i missioner i forurenede miljøer. For at give høj åndbarhed, det nye kompositmateriale vil drage fordel af de unikke transportegenskaber af carbon nanorørporer, som tilbyder gastransporthastigheder to størrelsesordener hurtigere end nogen anden pore af lignende størrelse.

Polymerforskerne påpeger, at biologiske agenser som bakterier og vira er tæt på 10 nanometer store. Fordi membranporerne på uniformen kun er nogle få nanometer brede, disse membraner vil blokere sådanne midler.

Imidlertid, kemiske midler såsom sennepsgas og nervegas kan være meget mindre og kræver, at membranporerne er i stand til at reagere på at blokere denne trussel. For at skabe en multifunktionel membran, forskerholdet planlægger at modificere overfladen af ​​den originale prototype af kulstofnanorørmembraner med funktionelle grupper, der reagerer på kemiske trusler. Disse funktionelle grupper fornemmer og blokerer truslen som portvagter ved indgangen.

Forskerne planlægger også at udvikle en anden, "shedding"-responsskema, hvor stoffet eksfolierer ved recation med et kemisk middel. På denne måde stoffet vil være i stand til at blokere kemiske midler såsom svovlsennep (blistermiddel), GD og VX nervemidler, toksiner såsom stafylokokk enterotoksin og biologiske sporer såsom miltbrand.

Carter hos UMass Amherst siger, "Hvis man efterligner den måde, ægte hud reagerer på trusler på ved eksfoliering og udskillelse af forurenede områder, vil det give mulighed for et dynamisk responsivt tøj, alt sammen opnået gennem kontrollerede kemiske reaktioner i dette nye avancerede stof."

Tracee Harris, videnskabs- og teknologichef for programmet Dynamic Multifunctional Material for a Second Skin, siger, "Udvikling af kemisk trusselsfølsomme kulstof-nanorørmembraner er et godt eksempel på et nyt materiales potentiale til at levere innovative løsninger til Department of Defense CB-behov. Denne futuristiske uniform ville give vores militære styrker mulighed for at operere sikkert i længere perioder og med succes fuldføre deres missioner i miljøer, der er forurenet med kemiske og biologiske kampmidler."