(Phys.org) - Wetenschappers en medewerkers van Lawrence Livermore National Laboratory ontwikkelen een nieuw militair uniform materiaal dat chemische en biologische agentia afstoot met behulp van een nieuw koolstofnanobuisje.

Het materiaal zal worden ontworpen om een ​​snelle overgang te ondergaan van een ademende staat naar een beschermende staat. De zeer ademende membranen zouden poriën hebben die zijn gemaakt van een paar nanometer brede verticaal uitgelijnde koolstofnanobuizen die aan het oppervlak zijn gemodificeerd met een op chemische oorlogsvoering reagerende functionele laag. Reactie op de dreiging zou worden veroorzaakt door een directe aanval met chemische oorlogsmiddelen op het membraanoppervlak, op dat moment zou het weefsel overschakelen naar een beschermende staat door de CNT-porie-ingang te sluiten of door de verontreinigde oppervlaktelaag af te werpen.

"Het uniform wordt als een slimme tweede huid die reageert op de omgeving, " zei Francesco Fornasiero, LLNL's hoofdonderzoeker voor het door de Defense Threat Reduction Agency (DTRA) gefinancierde project. "Zonder de noodzaak van een extern controlesysteem, de stof kan omkeerbaar overschakelen van een zeer ademende toestand naar een beschermende toestand als reactie op de aanwezigheid van de bedreiging van het milieu. In de beschermende staat, het uniform blokkeert de chemische dreiging met behoud van een goed ademend vermogen."

Een hoog ademend vermogen is een essentiële vereiste voor beschermende kleding om hittestress en uitputting te voorkomen wanneer militair personeel betrokken is bij missies in vervuilde omgevingen. De huidige beschermende militaire uniformen zijn gebaseerd op zware volledige barrièrebescherming of doorlatende, absorberende beschermende overkleding die niet kan voldoen aan de kritische vraag van gelijktijdig hoog comfort en bescherming, en bieden een passieve in plaats van actieve reactie op een bedreiging voor het milieu.

Om een ​​hoog ademend vermogen te bieden, het nieuwe composietmateriaal zal profiteren van de unieke transporteigenschappen van koolstof nanobuisporiën, die twee orden van grootte snellere gastransportsnelheden hebben in vergelijking met andere poriën van vergelijkbare grootte.

"We hebben aangetoond dat onze kleine prototype-membranen van koolstofnanobuisjes een uitstekend ademend vermogen kunnen bieden ondanks de zeer kleine poriegroottes en porositeit, " zei Sangil Kim, een andere LLNL-wetenschapper in de divisie Biowetenschappen en Biotechnologie. "Met onze medewerkers we zullen gefunctionaliseerde CNT-membranen met een groot oppervlak ontwikkelen."

biologische agentia, zoals bacteriën of virussen, zijn bijna 10 nanometer groot. Omdat de membraanporiën op het uniform slechts enkele nanometers breed zijn, deze membranen zullen gemakkelijk biologische agentia blokkeren.

Echter, chemische middelen zijn veel kleiner van formaat en vereisen dat de membraanporiën kunnen reageren om de dreiging te blokkeren. Om een ​​multifunctioneel membraan te creëren, het team zal het originele prototype koolstofnanobuismembranen aan de oppervlakte aanpassen met functionele groepen die reageren op chemische bedreigingen. De functionele groepen op het membraan zullen de dreiging detecteren en blokkeren als poortwachters bij binnenkomst. Er zal ook een tweede responsschema worden ontwikkeld:vergelijkbaar met hoe een levende huid loslaat wanneer deze wordt uitgedaagd door gevaarlijke externe factoren, de stof zal exfoliëren bij reactie met het chemische middel. Op deze manier, de stof kan chemische middelen blokkeren, zoals zwavelmosterd (blaarmiddel), GD en VX zenuwgassen, toxines zoals staphylococcus enterotoxine en biologische sporen zoals miltvuur.

Het project wordt gefinancierd voor $ 13 miljoen over een periode van vijf jaar met LLNL als leidende instelling. Het Livermore-team bestaat uit Fornasiero, Kim en Kuang Jen Wu. Andere medewerkers en instellingen die bij het project betrokken zijn, zijn onder meer Timothy Swager van het Massachusetts Institute of Technology, Jerry Shan aan de Rutgers University, Ken Carter, James Watkins, en Jeffrey Morse aan de Universiteit van Massachusetts-Amherst, Heidi Schreuder-Gibson bij Natick Soldier Research Development and Engineering Center, en Robert Praino bij Chasm Technologies Inc.

"De ontwikkeling van op chemische bedreiging reagerende koolstofnanobuismembranen is een geweldig voorbeeld van het potentieel van nieuw materiaal om innovatieve oplossingen te bieden voor de CB-behoeften van het ministerie van Defensie, " zei Tracee Harris, de DTRA wetenschaps- en technologiemanager voor het Dynamic Multifunctional Material for a Second Skin-programma. "Dit futuristische uniform zou onze strijdkrachten in staat stellen om gedurende langere tijd veilig te opereren en hun missies met succes af te ronden in omgevingen die besmet zijn met chemische en biologische middelen voor oorlogsvoering."

Het laboratorium heeft een geschiedenis in het ontwikkelen van koolstofnanobuisjes voor een breed scala aan toepassingen, waaronder ontzilting. "We hebben een geavanceerd koolstofnanobuisplatform om te bouwen en uit te breiden om vooruitgang te boeken in het beschermende textielmateriaal voor dit nieuwe project, ' zei Wu.

De nieuwe uniformen zouden in minder dan 10 jaar in het veld kunnen worden ingezet.