(Phys.org)—Gli scienziati e i collaboratori del Lawrence Livermore National Laboratory stanno sviluppando un nuovo materiale per uniformi militari che respinge gli agenti chimici e biologici utilizzando un nuovo tessuto di nanotubi di carbonio.

Il materiale sarà progettato per subire una rapida transizione da uno stato traspirante a uno stato protettivo. Le membrane altamente traspiranti avrebbero pori costituiti da nanotubi di carbonio allineati verticalmente larghi pochi nanometri che sono modificati in superficie con uno strato funzionale reattivo agli agenti di guerra chimica. La risposta alla minaccia sarebbe innescata dall'attacco diretto di un agente di guerra chimica alla superficie della membrana, in quel momento il tessuto passerebbe a uno stato protettivo chiudendo l'ingresso dei pori CNT o perdendo lo strato superficiale contaminato.

"La divisa sarà come una seconda pelle intelligente che risponde all'ambiente, " disse Francesco Fornasiero, Investigatore principale di LLNL per il progetto finanziato dalla Defense Threat Reduction Agency (DTRA). "Senza la necessità di un sistema di controllo esterno, il tessuto sarà in grado di passare reversibilmente da uno stato altamente traspirante a uno protettivo in risposta alla presenza della minaccia ambientale. Nello stato di protezione, la divisa bloccherà la minaccia chimica mantenendo un buon livello di traspirabilità".

L'elevata traspirabilità è un requisito fondamentale per gli indumenti protettivi per prevenire lo stress da calore e l'esaurimento quando il personale militare è impegnato in missioni in ambienti contaminati. Le attuali uniformi militari protettive si basano su una protezione a barriera integrale pesante o su indumenti protettivi assorbenti permeabili che non possono soddisfare la richiesta critica di elevato comfort e protezione simultanei, e fornire una risposta passiva piuttosto che attiva a una minaccia ambientale.

Per fornire un'elevata traspirabilità, il nuovo materiale composito trarrà vantaggio dalle proprietà di trasporto uniche dei pori dei nanotubi di carbonio, che hanno velocità di trasporto del gas di due ordini di grandezza più veloci rispetto a qualsiasi altro poro di dimensioni simili.

"Abbiamo dimostrato che le nostre membrane prototipo di nanotubi di carbonio di piccole dimensioni possono fornire un'eccezionale traspirabilità nonostante le dimensioni e la porosità molto ridotte dei pori, " ha detto Sangil Kim, un altro scienziato LLNL nella divisione di bioscienze e biotecnologie. "Con i nostri collaboratori, svilupperemo membrane CNT funzionalizzate su vasta area."

agenti biologici, come batteri o virus, hanno una dimensione vicina ai 10 nanometri. Poiché i pori della membrana sull'uniforme sono larghi solo pochi nanometri, queste membrane bloccheranno facilmente gli agenti biologici.

Però, gli agenti chimici sono di dimensioni molto più ridotte e richiedono che i pori della membrana siano in grado di reagire per bloccare la minaccia. Per creare una membrana multifunzionale, il team modificherà in superficie il prototipo originale delle membrane di nanotubi di carbonio con gruppi funzionali sensibili alle minacce chimiche. I gruppi funzionali sulla membrana rileveranno e bloccheranno la minaccia come guardiani all'ingresso. Verrà sviluppato anche un secondo schema di risposta:simile a come una pelle viva si stacca quando viene messa alla prova con fattori esterni pericolosi, il tessuto si esfolia per reazione con l'agente chimico. In questo modo, il tessuto sarà in grado di bloccare agenti chimici come senape sulfurea (agente blister), agenti nervini GD e VX, tossine come l'enterotossina stafilococcica e le spore biologiche come l'antrace.

Il progetto è finanziato per 13 milioni di dollari in cinque anni con LLNL come istituzione capofila. La squadra del Livermore è composta da Fornasiero, Kim e Kuang Jen Wu. Altri collaboratori e istituzioni coinvolti nel progetto includono Timothy Swager del Massachusetts Institute of Technology, Jerry Shan alla Rutgers University, Ken Carter, James Watkins, e Jeffrey Morse all'Università del Massachusetts-Amherst, Heidi Schreuder-Gibson al Natick Soldier Research Development and Engineering Center, e Robert Praino presso Chasm Technologies Inc.

"Lo sviluppo di membrane di nanotubi di carbonio reattive alle minacce chimiche è un ottimo esempio del potenziale del nuovo materiale per fornire soluzioni innovative per le esigenze CB del Dipartimento della Difesa, " ha detto Tracee Harris, il responsabile scientifico e tecnologico DTRA per il programma Dynamic Multifunctional Material for a Second Skin. "Questa uniforme futuristica consentirebbe alle nostre forze militari di operare in sicurezza per lunghi periodi di tempo e di completare con successo le loro missioni in ambienti contaminati da agenti di guerra chimica e biologica".

Il Laboratorio ha una storia nello sviluppo di nanotubi di carbonio per un'ampia gamma di applicazioni, inclusa la desalinizzazione. "Abbiamo una piattaforma avanzata di nanotubi di carbonio da costruire ed espandere per fare progressi nel materiale del tessuto protettivo per questo nuovo progetto, " disse Wu.

Le nuove divise potrebbero essere schierate sul campo in meno di 10 anni.