Militaire uniformen van de toekomst kunnen dragers een nieuwe laag van kritieke bescherming bieden dankzij onderzoek door teams van de Universiteit van Massachusetts Amherst en verschillende andere instellingen die een op nanobuisjes gebaseerde stof ontwikkelen die chemische en biologische agentia afstoot.

UMass Amherst-polymeerwetenschappers Kenneth Carter en James Watkins, in samenwerking met teamleider Francesco Fornasiero van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), ontving onlangs een vijfjarige subsidie ​​van $ 1,8 miljoen om manieren te ontwerpen om het nieuwe materiaal te vervaardigen als onderdeel van een project van $ 13 miljoen dat wordt gefinancierd door het Amerikaanse Defense Threat Reduction Agency. Er wordt geschat dat de nieuwe uniformen in minder dan 10 jaar in het veld kunnen worden ingezet.

De onderzoekers zeggen dat de stof omkeerbaar zal kunnen overschakelen van een zeer ademende staat naar een beschermende staat als reactie op de aanwezigheid van de omgevingsdreiging zonder dat een extern controlesysteem nodig is. In de beschermende staat, het uniforme materiaal blokkeert de chemische dreiging terwijl het een goed ademend niveau behoudt. "Het uniform wordt als een slimme tweede huid die reageert op de omgeving, ' zegt Fornasiero.

UMass Amherst-polymeerwetenschappers brengen expertise in op additief aangedreven assemblageprocessen die polymeren en nanodeeltjes samenbrengen om hybride functionele materialen voor het project te produceren. Membraan- en laagfabricage zal deels plaatsvinden via het Roll-to-Roll Nanofabrication Laboratory van de universiteit.

De omkeerbaarheid van de nieuwe stof is te danken aan zeer ademende membranen met poriën van enkele nanometer brede, verticaal uitgelijnde koolstofnanobuisjes gemodificeerd met een functionele oppervlaktelaag die is ontworpen om te reageren op de aanwezigheid van een middel voor chemische oorlogsvoering, zegt Watkins van UMass Amherst. De dreigingsreactie zou worden veroorzaakt door een directe aanval met chemische oorlogsvoering. Het weefsel zou overschakelen naar een beschermende toestand door de porie-ingang te sluiten of door de verontreinigde oppervlaktelaag af te werpen.

Voor het comfort en de veiligheid van de drager, hoog ademend vermogen is een essentiële vereiste voor beschermende kleding om hittestress te voorkomen wanneer militairen betrokken zijn bij missies in vervuilde omgevingen. Om een ​​hoog ademend vermogen te bieden, het nieuwe composietmateriaal zal profiteren van de unieke transporteigenschappen van koolstof nanobuisporiën, die gastransportsnelheden bieden die twee orden van grootte sneller zijn dan enige andere porie van vergelijkbare grootte.

De polymeerwetenschappers wijzen erop dat biologische agentia zoals bacteriën en virussen bijna 10 nanometer groot zijn. Omdat de membraanporiën op het uniform slechts enkele nanometers breed zijn, deze membranen zullen dergelijke middelen blokkeren.

Echter, chemische middelen zoals mosterdgas en zenuwgas kunnen veel kleiner zijn en vereisen dat de membraanporiën kunnen reageren om die dreiging te blokkeren. Om een ​​multifunctioneel membraan te creëren, het onderzoeksteam is van plan om het oppervlak van de originele prototype koolstof nanobuismembranen aan te passen met functionele groepen die reageren op chemische bedreigingen. Deze functionele groepen voelen en blokkeren de dreiging als poortwachters bij binnenkomst.

De wetenschappers zijn ook van plan om een ​​tweede, "afstotend" responsschema waarbij de stof exfolieert na recatie met een chemisch 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.

Carter bij UMass Amherst zegt, "Het nabootsen van de manier waarop de echte huid reageert op bedreigingen door afschilfering en het afstoten van besmette gebieden zal zorgen voor een dynamisch responsief kledingstuk, allemaal bereikt door gecontroleerde chemische reacties in deze nieuwe geavanceerde stof."

Tracee Harris, wetenschaps- en technologiemanager voor het programma Dynamisch multifunctioneel materiaal voor een tweede huid, zegt, "De ontwikkeling van op chemische dreiging reagerende koolstofnanobuismembranen is een goed voorbeeld van het potentieel van een nieuw materiaal om innovatieve oplossingen te bieden voor de CB-behoeften van het ministerie van Defensie. Dit futuristische uniform zou onze strijdkrachten in staat stellen om gedurende langere tijd veilig te opereren en hun missies met succes te voltooien in omgevingen die besmet zijn met chemische en biologische middelen voor oorlogsvoering."