星期三, 11月 7

美開發防禦生化武器的納米布料


美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)、麻省理工學院等多家機構研究人員正在為軍方開發一種新型製服,這種制服的布料用一種新型碳納米管纖維製成,可防禦化學和生物武器。

這種布料能從透氣狀態迅速轉變到防護狀態,它的膜上有許多微孔,由僅幾納米寬的垂直對稱的碳納米管(CNT)構成,高度透氣,並用一種化學製劑反應功能層進行了改良。如果直接用化學戰劑攻擊膜表面,就會引發反應,關閉CNT微孔或讓被污染的表面層​​脫落,使纖維轉變為防護狀態。
高透氣性是防護服的關鍵,能讓士兵在污染環境中執行任務時免於身體過熱,浪費精力。目前的軍用防護服是基於重量級的全屏障保護,或是滲透吸附保護,無法同時滿足舒適和保護功能兩方面要求。而且對環境危險是被動應對,而不是主動防禦。新材料利用了碳納米管獨特的傳導性,氣體傳導速度比其他同樣大小的孔要高兩個數量級。研究人員展示了一小塊碳納米管膜的樣本,膜上的孔微小而密集,表現出極佳的透氣性。
生物製劑如細菌或病毒,大小都在10納米左右,而製服膜上的微孔僅幾個納米寬,能很容易地擋住它們。但化學製劑要小得多,要求膜上的微孔能做出反應封鎖威脅。他們用化學威脅反應功能組對碳納米管膜進行了改良。這種功能組就像門衛一樣,能感知並阻止危險。隨後還有二級反應,纖維和化學製劑反應後,會像鱗片那樣一片片剝落下來。通過這些方式,該纖維能擋住化學製劑如芥子氣、神經毒氣、有毒物質如葡萄球菌腸毒素、生物孢子如炭疽等。
“這種制服就像一種智能第二皮膚,能對環境作出反應。”實驗室負責國防降險署資助項目的首席研究員弗朗西斯科·弗納斯洛說,“它的纖維無需外部控制系統就能對環境中的威脅作出反應,進行可逆轉換。從高度透氣變成防護狀態後,能阻止化學藥品的威脅並保持良好透氣性。”
這種新制服有望在10年內野外應用。“開發能對化學威脅作出反應的碳納米管膜,是利用新材料潛能,為國防部提供創新解決方案的好例子。”國防降險署動態多功能材料第二皮膚項目的科技主管崔西·哈里斯說,“這種未來製服能讓我們的軍隊在被生化武器污染了的環境中安全操作更長時間,成功完成他們的任務。”
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