新智能材料打造防生化武器“第二皮肤”


 

内容摘要

美国劳伦斯利物莫国家实验室(LLNL)正致力于士兵防生物及化学制剂侵害的研究,近期开发出一种高度透气且有效阻碍生化试剂渗透的新材料,为打造士兵“第二皮肤”——未来新型智能军装奠定基础。

 

新智能材料打造防生化武器“第二皮肤” 科技世界网

军事人员在污染严重的环境中执行任务时,常常会感到浑身发热,四肢无力,因此,高透气性是作战防护服装的一个重要性能。当前的防护军装是采用高重量的全面防护,或是穿戴不舒适的透气服装,而且这些防护服对环境威胁只能形成被动响应。

美国劳伦斯利物莫国家实验室(LLNL)的研究小组研制了一种柔性高分子薄膜,表面采用整齐排列的碳纳米管通道作为水汽传输孔。这些孔的直径小于5纳米,只有人头发宽度的1/5000。研究负责人表示,通过实验证明,这些薄膜材料可以输送的水汽远远超过那些商业透气材料。尽管碳纳米管仅有数纳米宽,但它的透气性却非常好。为了实现高透气性,这种新型复合材料利用了碳纳米管微孔的独特的传输特性。通过对薄膜的水汽渗透率的定量测试,研究小组首次发现,通过浓度梯度作为驱动力,碳纳米管纳米通道可以始终保持高于超过一个数量级浓度梯度的气体渗透率。由于具有非常小的孔径,这些薄膜同时也能有效阻挡生化试剂的渗透(生物武器的细菌或病毒的尺寸远大于10纳米)。因此,该薄膜通过分子筛的原理屏蔽病菌渗透,而不是防止润湿的方法。

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然而,化学试剂的分子尺寸远小于薄膜孔径,需要薄膜微孔通过化学反应分解化学试剂,消除威胁。LLNL科学家使用一些“化学试剂响应官能团”对碳纳米管复合薄膜进行表面改性。这些官能团如同把守微孔的“守门员”,能够“感知”并屏蔽化学试剂威胁。此外,科学家们正在开发另外一种防护响应机制,类似人类皮肤受到外界伤害时发生脱落的自我防护机制,即织物薄膜与化学试剂反应后发生脱落。

国防威胁降低局(DTRA)“第二皮肤”项目动态多功能材料科技主管崔西·维特菲尔德表示,该科技项目的目标是为未来战争化学生物防护服的开发提供一种聚焦的、创新性技术解决方案。作为评价技术成熟度的关键里程碑,该新材料的样品评估将在2018年初进行。

预计使用这种新材料的新型防护军装将在10年内用于战场。

文  国防科技信息网

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